Широтное регулирование напряжения автономных инверторов резонансного типа с прямой коммутацией входным напряжением (разработка и исследование) тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.12, доктор технических наук Кулик, Валентин Данилович

• Кулик, Валентин Данилович
• доктор технических наук
• 1984

Оглавление диссертации доктор технических наук Кулик, Валентин Данилович

ВВЕДЕНИЕ . б

B.I. Современное состояние и области применения автономных инверторов резонансного типа . б

В.2. Классификация и краткая характеристика способов регулирования напряжения инверторов резонансного типа

В.З. Постановка задачи, цели и содержание диссертационной работы.

I. ШИРОТНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ РЕЗОНАНСНЫХ ИНВЕРТОРОВ

С ОБРАТНЫМИ ДИОДАМИ

1.1. Разработка устройств широтного регулирования напряжения резонансных инверторов с обратными диодами

1.2. Метод расчета схем инверторов с двумя источниками питания в переходных и установившихся режимах

1.3. Метод расчета схем инверторов с одним источником питания в переходных и установившихся режимах

1.4. Расчетные соотношения последовательного инвертора

1.5. Расчетные соотношения параллельного инвертора

1.6. Расчетные соотношения инвертора с коммутирующим контуром

1.7. Упрощенный метод расчета инверторов с обратными диодами

1.8. Характеристики инверторов с обратными диодами в переходных режимах.

1.9. Характеристики последовательных инверторов с обратными диодами в установившихся режимах

1.10. Характеристики параллельных инверторов с обратными диодами в установившихся режимах . ^

I.II. Исследование работы инверторов с обратными диодами с учетом параметров фильтра

2. ШИРОТНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ИНВЕРТОРОВ РЕЗОНАНСНОГО

ТИПА БЕЗ ОБРАТНЫХ ДИОДОВ.

2.1. Разработка устройств широтного регулирования напряжения инверторов резонансного типа без обратных диодов

2.2. Методика расчета установившихся режимов инверторов резонансного типа, нагруженных на параллельный колебятельный контур.

2.3. Характеристики последовательно-параллельного инвертора о двумя источниками питания

2.4. Исследования влияния параметров фильтра на работу после -довательно-параллельного инвертора с одним источником питания в переходных и в установившихся режимах

2.5. Регулировочные характеристики последовательно-параллельного инвертора с одним источником питания в режиме прерывистого входного тока.

2.6. Исследование влияния широтного регулирования на пусковые и переходные процессы последовательно-параллельного инвертора с одним источником питания

2.7. Характеристики последовательно-параллельного инвертора без обратных диодов с одним источником питания в режиме непрерывного входного тока

2.8. Математическая модель и регулировочные характеристики параллельного инвертора без обратных диодов с учетом параметров фильтра в режиме прерывистого входного тока

2.9. Характеристики параллельного инвертора в режиме непрерывного входного тока

2.10. Метод расчета и характеристики последовательных инверторов без обратных диодов.

2.11. Расчетные соотношения и характеристики полумостового несимметричного последовательного инвертора без об. ратных диодов.

2.12. Исследование влияния токоограничивающих дросселей на работу инверторов без обратных диодов.при широт- . ном регулировании напряжения

2.13. Исследование влияния работы инверторовширотным регулированием на питающують

2.14. Методика приближенного расчета инверторов без обратных диодов с широтным регулированием напряжения при нагрузке на параллельный колебательный контур

3. ШИРОТНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ РЕЗОНАНСНЫХ ИНВЕРТОРОВ С УДВОЕНИЕМ ЧАСТОТЫ

3.1. Разработка устройств широтного регулирования напряжения резонансных инверторов с удвоением частоты

3.2. Анализ электромагнитных процессов и математическая модель инверторов с,обратными диодами и удвоением частоты.

3.3. Определение рабочей области инвертора с обратными диодами и удвоением частоты.

3.4. Исследование пусковых .и переходных режимов работы инверторов с обратными диодами и удвоением частоты при . широтном регулировании напряжения

3.5. Характеристики инверторов с обратными диодами и удвое . нием частоты в установившихся режимах

3.6. Разработка математической модели и определение рабочей области инверторов с удвоением частоты без обратных диодов.

3.7. Характеристики инверторов без обратных диодов с удвоением частоты в переходных и установившихся режимах

3.8. Исследование влияния параметров фильтра на работу инверторов без обратных диодов с удвоением частоты

4. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ РЕЗОНАНСНЫХ ИНВЕРТОРОВ В ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ЗВЕНОМ ПОВЫШЕННОЙ ЧАСТОТЫ ПРИ ШИРОТНОМ РЕГУЛИРОВАНИИ НАПРЯЖЕНИЯ

4.1. Состояние вопроса и задачи исследований

4.2. Разработка схем преобразователей с промежуточным звеном повышенной частоты с улучшенными коммутирующими свойствами.

4.3. Исследование режимов работы резонансных инверторов с обратными диодами в преобразователях с высокочастотным звеном

4.4. Исследование режимов работы резонансных инверторов без обратных диодов в преобразователях с промежуточным высокочастотным звеном

5. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ИНВЕРТОРОВ РЕЗОНАНСНОГО ТИПА С ШИРОТНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Широтное регулирование напряжения автономных инверторов резонансного типа с прямой коммутацией входным напряжением (разработка и исследование)»

B.I. Современное состояние и области применения автономных инверторов резонансного типа

В принятых на ХХУ1 съезде КПСС "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года"'отмечалась ведущая роль электроэнергетики в развитии народного хозяйства. Важное место в ней занимает новая, быстро развивающаяся отрасль - силовая полупроводниковая преобразовательная техника. Благодаря освоению и серийному выпуску новых типов силовых полупроводниковых приборов, являющихся основой преобразовательной техники, области её применения в промышленности постоянно расширяются. О важности развития данного направления и связанных с ним научных проблем говорят как сами решения ХХУ1 съезда КПСС, гак и ряд постановлений ЦК КПСС и Совета Министров СССР и Госкомитета по науке и технике.

Перспективными являются и те области, в которых используются преобразователи, выполненные на основе тиристорных автономных инверторов .

Преобразователи энергии с автономными инверторами характеризуются многочисленностью и большим разнообразием силовых схем. Несмотря на это, согласно классификации, предложенной Ю.Г.Толстовым /1, 31/ и дополненной В.А.Лабунцовым /2, 112/, по характеру протекающих электромагнитных процессов все схемы автономных инверторов могут быть выделены в три большие группы: инверторы тока, резонансные инверторы и инверторы напряжения. В настоящей работе рассматриваются новые способы и устройства регулирования напряжения, разработанные автором . применительно к однофазным инверторам первых двух групп.

Следует при этом отметить, что во многих случаях резонансные инверторы и инверторы тока выполняются по одним и тем же схемам и их основное отличие заключается лишь в режимах работы, зависящих от параметров схемы и частоты управления.

Так, например, если параллельный инвертор без обратных диодов при относительно большой индуктивности входного дросселя и высокой частоте управления работает, в режиме непрерывного входного тока, то его относят к инверторам тока. Изменение того или иного параметра до значений, при которых наступает прерывистый режим входного тока при неизменной схеме инвертора, переводит его в класс резонансных инверторов. Возможен и обратный переход из режима прерывистого тока в непрерывный.

Новые способы широтного регулирования, как это будет показано ниже, при больших значениях угла регулирования способствует такому переходу. Если придерживаться классификационной терминологии, то при анализе резонансного инвертора с широтным регулированием при углах регулирования, когда наступает непрерывный режим, следовало бы исследуемый инвертор рассматривать как инвертор тока. Зо избежание такого неудобства класс инверторов тока и резонансных инверторов, в которых могут быть осуществлены способы широтного регулирования напряжения, разработанные автором, предлагается объединить под одним названием "инверторы резонансного типа".

К числу основных областей применения таких инверторов можно отнести: индукционный нагрев; источники бесперебойного питания; устройства преобразования уровней напряжения и частоты, выполненных на базе преобразователей с промежуточным звеном повышенной частоты; радиотехнические устройства; специальные области применения.

Одно из важнейших мест по энергоемкости и широкому внедрению в промышленности занимает индукционный нагрев металла. Сфера его применения очень обширна / 3-5 /. Установки для индукционного нагрева с момента появления тиристорных преобразователей успешно вводятся в эксплуатацию на предприятиях металлургической и металлообрабатывающей промышленности. До появления тиристорных установок индукционный нагрев металла осуществлялся; с помощью машинных преобразователей. Основными преимуществами статических преобразователей по сравнению с вращающимися являются: высокий коэффициент полезного действия во всем диапазоне изменения нагрузок, возможность компенсации реактивной мощности регулированием частоты при неизменной емкости конденсаторных батарей и малые строительные затраты.

Как показывает практика СССР и других стран, внедрение индукционных установок в литейном, кузнечном и прокатном производствах позволяет резко повысить технологические и физико-механические свойства металлов. Применение индукционного нагрева для плавки металлов улучшает его жидкотекучесть, благодаря чему сокращается брак литья / 3-5 /.

Использование индукционного нагрева в кузнечных цехах повышает производительность труда за счет автоматизации и механизации операции нагрева на 15-20$, при этом на 15-30$ повышается стойкость штампов, значительно снижаются припуски при точной штамповке, благодаря чему в отдельных случаях сокращается расход металлов на 10$ / 5 /. Большое применение находит индукционный нагрев в прокатном производстве для нагрева и подогрева трубных заготовок перед редукционными станами, для термообработки труб и сортового проката, для повышения их механических свойств и т.д. Суммарные мощности установок, вводимых в эксплуатацию, составляют в данный момент сотни тысяч киловатт, а их производительность исчисляется несколькими миллионами тонн нагреваемого металла.

Работа гиристорных преобразователей в установках для индукционного нагрева имеет свои особенности. Главная из них - это изменение электрических параметров нагрузки в широких пределах за время технологического цикла. Диапазон изменения параметров нагрузки, характеризуемый обычно эквивалентными значениями активного, реактивного сопротивлений и коэффициентом мощности нагрузки COS^f, зависит от вида нагрева, электрических свойств металла, его размеров, частоты тока нагрева. Так, например, при плавке черных металлов значение COS<f изменяется в пределах 0,3 + 0,05 / б, 7 /.

При методическом нагреве под ковку СОЗ^ = 0,15-0,25.

Наибольший диапазон изменения параметров .происходит при периодическом нагреве детали. В этом случае коэффициент мощности изменяется в пределах 0,05 * 0,3 /б, 7/.

В случае поверхностной закалки значение коэффициента мощности относительно велико, а его изменение наименьшее (C05(f = 0,30,6).

Таким образом,с учетом всех основных видов нагрева диапазон изменения СОS if? составляет 0,6 * 0,05, ч?о соответствует изменению добротности колебательного контура нагрузки в пределах 1,5 - 10.

Изменение эквивалентных параметров нагрузки влечет за собой изменение мощности, токов и напряжений на элементах схемы преобразователя, причем это изменение в большинстве случаев происходит в сторону 'неоптимальных значений. Поэтому для поддержания оптимальных режимов работы установки преобразователь должен быть снабжен устройствами, обеспечивающими заданный закон управления, технологической операцией. На практике для этих целей часто используют управляемый выпрямитель или устройства частотного регулирования выходными параметрами индукционной установки. В ряде случаев из-за особых требований технологии (постоянство частоты, высокое быстродействие, большой диапазон регулирования мощности) такие средства часто оказываются неприемлемыми. Для выполнения таких требований необходима разработка новых способов регулирования напряжения и управления преобразователем.

В последние годы большое внимание в СССЕ и за рубежом уделяется разработке источников бесперебойного питания, используемых для питания особо важных потребителей, не допускающих даже кратковременного обесточивания. Как правило, к таким устройствам предъявляются жесткие требования к форме выходного напряжения, стабильности напряжения и частоты, быстродействию и возможности их работы в режимах короткого замыкания и холостого хода. Технико-экономическое сравнение тиристорных инверторов тока и инверторов напряжения, используемых для этих целей, показало целесообразность применения резонансных инверторов и инверторов тока /8, 9/. Достоинством последних является возможность получения на нагрузке напряжения, близкого по форме к синусоидальному без применения дополнительных фильтров. Существенный их недостаток -сильная зависимость выходного напряжения от проводимости цепи и как следствие - ирзгеоцадвадий хя|)зктер.:ш^шн0й:1характеристики.

Для стабилизации напряжения при изменении параметров нагрузки применяются вентильные компенсаторы реактивной мощности и управляемые выпрямители, использование которых не всегда экономично и возможно.

Перспективным является разработка преобразователей с промежуточным звеном повышенной частоты /10/.

Основными областями возможного применения преобразователей данного типа погут явиться:

I. Преобразование постоянного тока в переменный ток фиксированной или регулируемой частоты.

2. Преобразование постоянного напряжения одного значения в постоянное напряжение другого значения.

Указанные виды преобразования электрической энергии с промежуточным звеном повышенной частоты совершаются в два этапа, и поэтому преимущества такого способа преобразования по сравнению с. известными и широко применяемыми на практике преобразователями с однократным преобразованием энергии не очевидны. Отметим такие преимущества конкретно к каждому случаю.

Исследования преобразователей постоянного тока в переменный ток регулируемой частоты с промежуточным звеном повышенной частоты выявили ряд преимуществ по сравнению с автономными инверторами с однократным преобразованием энергии / 10 /.

К таким преимуществам следует отнести в первую очередь меньшие габариты и массу, элементов фильтра на стороне переменного и постоянного тока. 3 автономных инверторах, как правило, для улучшения коэффициента мощности используют фильтровые конденсаторы, габариты и масса которых в значительной мере превышают аналогичные показатели коммутирующего конденсатора высокочастотного инвертора, работающего обычно на частоте, на порядок превышающей выходную частоту преобразователя. В преобразователе с высокочастотным звеном частота пульсаций тока на входных зажимах выше по сравнению с частотой пульсаций постоянного тока автономных инверторов, благодаря чему габариты и масса сглаживающего реактора в преобразователе с промежуточным звеном значительно меньше. Следует также отметить, что схема с. высокочастотным звеном менее чувствительна к резким изменениям нагрузки, поскольку такие изменения благодаря большому быстродействию системы можно компенсировать за счет регулирования напряжения звена постоянного тока.

Рассмотренные преобразователи энергии целесообразно применять в системах низкочастотного электропривода. В качестве звена повышенной частоты при этом могут быть использованы последовательно-параллельные инверторы с обратными диодами или параллельные инверторы тока с рабочей частотой 1-2 кГц /10, II /.

Преобразователи рассмотренного типа по сравнению с автономными инверторами'''широтно-импульсной модуляцией напряжения, используемые для аналогичных целей, имеют также ряд преимуществ. Среди них особое место занимает возможность использования высокочастотного трансформатора на выходе для согласования напряжений источника питания инвертора и его нагрузки. В инверторах с широг-но-импульсной модуляцией частота тока согласующего трансформатора и нагрузки равны между собой, вследствие чего габариты и масса трансформатора намного выше трансформатора преобразователя с высокочастотным звеном. К достоинствам можно также отнести более, широкий диапазон изменения частоты выходного напряжения, меньшие габариты и массу входных фильтров источника питания. Следует, однако, иметь ввиду, что указанные выше преимущества достигаются ценой двухкратного преобразования энергии, что отрицательно сказывается на коэффициенте полезного действия преобразователя. Поэтому для получения удовлетворительных значений к.п.д. необходимо провести правильно., соответствующий выбор схемы высокочастотного инвертора и его рабочей частоты с точки зрения потерь.

Преимущества преобразования постоянного напряжения одного значения в постоянное напряжение другого значения с помощью системы, включающей в себя высокочастотный инвертор, согласующий трансформатор и выпрямитель ("трансформатор постоянного напряжения") очевидны и не требуют доказательств.

В настоящее время сфера практического применения преобразователей данного вида постоянно расширяется. Так, например, для повышения эффективности электроснабжения электроподвижного состава на основе тиристорного резонансного инвертора с параллельным коммутирукщим контуром и обратными диодами спроектирован и введен в эксплуатацию преобразователь мощностью 6000 кВт, 1000 Гц, обеспечивающий подпитку контактной сети напряжением 3300 3 в точках с наибольшим падением напряжения / 12 /. Перспективным является использование таких преобразователей в устройствах радиоэлектронной аппаратуры и модуляторах: в качестве вторичных источников питания (ВИП). При напряжениях первичного источника питания свыше 220 3 и мощности более 20 кВт устройства ВИП выполняются на основе последовательных резонансных инверторов с обратными / 13 / и без обратных диодов / 14 / с промежуточной частотой 1-5 кГц.

Известны разработки преобразователей подобного типа с инверторами тока, используемые для возбуждения МГД-генераторов / /. Такие источники электроэнергии обладают крутопадающей характеристикой. Поэтому питающиеся от них преобразователи должны содержать устройства регулирования и стабилизации выходного напряжения.

Следует отметить, что необходимость применения регуляторов напряжения в рассмотренных выше преобразователях объясняется не только изменением напряжения источника питания, но и нестабильностью напряжения на выходе при изменении параметров нагрузки. Для регулирования и стабилизации,как правило,в таких случаях на выходе используют управляемые выпрямители, которые неизбежно вносят в работу преобразователя присущие им известные недостатки.

Во избежание этого желательно использовать такие способы регулирования напряжения, которые обеспечивали бы необходимые режимы работы преобразователей при использовании неуправляемого выпрямителя.

Разработанные автором способы широтного, регулирования напряжения,, как это будет показано в данной работе, в большинстве случаев могут быть применены для таких целей.

Инверторы резонансного типа находят широкое применение и в радиотехнических устройствах / 15 /. Использование тиристорных передатчиков в системах' гидроакустики, связи и навигации дает масса возможность не только снизить габариты и " по сравнению с ламповыми генераторами, но значительно повысить их быстродействие.

Среди специальных областей применения тиристорных инверторов следует обратить внимание на их использование в качестве высокочастотных источников питания люминесцентных ламп.

Как показала эксплуатация опытных установок;питание ламп токами высокой частоты (1050 Гц) значительно повышает их срок службы и светоотдачу. Кроме того,значительно уменьшаются мэсехэ-габаритные показатели пусковой аппаратуры /16, 17 /.

Установки данного типа,как правило,работают в условиях стабильной частоты, что исключает частотный способ стабилизации напряжения инверторов резонансного типа.

На основании проведенного обзора областей применения инверторов резонансного типа можно сделать вывод о широких возможностях их использования в различных отраслях техники и необходимости наличия в них экономичных и эффективных устройств стабилизации и регулирования напряжения на выходе.

Рассмотрим основные.j способы регулирования напряжения инверторов резонансного типа.

В. 2. Классификация и краткая характеристика способов регулирования напряжения инверторов резонансного типа

Р'ирокое внедрение автономных тиристорных инверторов в различных областях промышленности, наблюдаемое за последние годы, явилось венным стимулом к разработке новых силовых схем и способов регулирования напряжения. Их критический обзор показал, что схемы с одинаковыми по сущности способами регулирования напряжения ряд авторов относит к различным способам. Это обстоятельство и отсутствие единой терминологии в этом вопросе говорит о необходимости классификации данных способов. Ниже предлагаются известные в настоящее время способы стабилизации и регулирования напряжения в инверторах резонансного типа по характеру электромагнитных процессов, происходящих в них, или по форме напряжения, прикладываемого к нагрузке, отнести к семи видам.

Согласно предлагаемой классификации такими способами являются:

1. Способ регулирования напряжения геометрическим суммированием выходных напряжений инверторов.

2. Способ регулирования напряжения геометрическим суммированием токов инверторов.

3. Способ регулирования напряжения изменением угла опережения.

4. Способ регулирования напряжения изменением напряжения, подводимого к инвертору.

5. Способ регулирования напряжения путем рекуперации энергии в источник.

6. Способ регулирования напряжения тиристорным регулятором с встречно-включенными тиристорами.

7. Широтный способ регулирования напряжения.

Отметим достоинства и недостатки наиболее типичных инвертор-ных устройств регулирования напряжения, реализующих данные способы.

Основные схемы устройств регулирования напряжения инверторов резонансного типа приведены в Приложении I.

Способ регулирования напряжения геометрическим суммированием выходных напряжений. Его классификационным признаком является суммирование регулируемых по фазе выходных напряжений инверторов на,общей нагрузке. При этом выходное напряжение каждого инвертора прикладывается к нагрузке на протяжении всего полупериода частоты управления.

Инверторы, регулирование напряжения которых осуществляется 'по данному способу, могут быть разбиты на две большие группы: инверторы без обратных диодов и с обратными диодами. Включение обратных диодов встречно-параллельно тиристорам моста придает жесткость внешней характеристике инверторов, благодаря чему достигается широкий диапазон регулирования напряжения / 18 /.

В инверторах без обратных диодов значительного изменения напряжения на нагрузке можно достичь лишь с использованием дополнительных устройств, обеспечивающих жесткость их внешней характеристики.

На практике наиболее широкое применение получили компенсирующие устройства с регулируемой с помощью тиристоров индуктивностью дросселя / 19 / и обратные выпрямители / 2, 20 /.

Введение их в состав преобразователя в значительной мере повышает установленную мощность его оборудования, а следовательно, массу и габариты всего устройства.

Из обеих групп инверторов в зависимости от способа присоеI динения нагрузки к. их выходным зажимам можно выделить два вида: инверторы с трансформаторным выходом / 2, 19-21 / и инверторы с гальванической связью с нагрузкой / 22-24- /. В последних, как правило, нагрузка имеет нулевой вывод. Зто дает возможность осуществить суммирование напряжений без применения выходных трансформаторов, благодаря чему масса и габариты преобразователя снижаются. s Инверторы с обратными диодами, получившие практическое применение сравнительно недавно, могут быть выполнены в одномостовом /21/ и многомостовом /24/ вариантах. В одномостовой схеме регулирование напряжения фактически осуществляется с помощью двух полумостовых схем с общим конденсаторным делителем напряжения на входе. Наличие последнего и конденсатора фильтра на входе моста увеличивают установленную мощность оборудования инверторов данного вида. В многомостовых инверторах за счет предварительного заряда коммутирующих конденсаторов, включенных в диагонали мостов, применение конденсаторов фильтра не обязательно. .Инверторы данного типа целесообразно испоаьзовать в установках повышенной мощности.

При общей оценке способа с геометрическим суммированием напряжений к его достоинствам следует отнести плавное регулирование напряжения на нагрузке от нуля до номинального значения при сохранении коммутационной устойчивости инверторов и удовлетворительной форме выходного напряжения во всем диапазоне регулирования. К недостаткам относятся: повышение значений массы и габаритов за счет необходимости использования устройств стабилизации напряжения и трансформаторов на выходе и низкий к.п.д. (до 50%) при снижении выходной мощности до 25% /25/.

Способ регулирования напряжения геометрическим суммированием токов инверторов. Классификационным признаком такого способа является суммирование регулируемых по фазе первых гармоник токов в нагрузке двух или более инверторов. По числу источников питания известные схемы инверторов с геометрическим суммированием токов можно разбить на два вида: с двумя /26/ и с одним /6,27-30/ источниками. Последние, в свою очередь, в зависимости от симметрии выходного напряжения разделяются на инверторы с симметричным /27, 30/ и с неисмметричным выходом /28,29/. Среди инверторов с симметричным выходом известны схемы в мостовом / 30 / и полумостовом./ 27 / исполнении. Схемы инверторов с несимметричным выходом можно выделить в две группы: с разделительными конденсаторами и без разделительных конденсаторов. В первой группе наибольшее практическое применение получила двухмостовая схема с удвоением частоты /б, 28 /. Она позволяет в широких пределах регулировать напряжение на нагрузке. Существенными недостатками данной схемы является неидентичность условий работы мостов с вводом регулирования. Это приводит к неравномерности распределения токов и мощностей между двумя мостами, а также к значительному снижению (до 40$) времени восстановления тиристоров опережающего моста.

Инверторы второй группы, не содержащие разделительного конденсатора, обычно выполняются по четырехмостовой схеме с нагрузкой, включенной между входными дросселями / 29 /. Схема позволяет осуществлять регулирование мощности от нуля до номинального значения, но обладает теми же недостатками, что и инверторы первой группы.

Оценивая работу инверторов с геометрическим суммированием токов в целом, необходимо отметить следующие их отрицательные стороны: сложность силовых схем, рост установленной мощности элементов оборудования при снижении мощности в нагрузке за счет регулирования и значительное отклонение формы выходного напряжения от синусоидальной при глубоком регулировании. Практическое применение такой способ регулирования напряжения может найти в установках повышенной мощности с пониженными требованиями к форме выходного напряжения.

Способ регулирования напряжения изменением угла опережения. Классификационным признаком данного способа регулирования напря- • жения является изменение угла опережения, равного значению фазы между первыми гармониками тока и напряжения эквивалентной нагрузки инвертора. Большое распространение такой способ нашел в параллельных инверторах тока, в которых напряжение на нагр.узке изменяется согласно выражению где К - коэффициент схемы;

Ш - напряжение питания;

Jh - угол опережения.

В зависимости от устройств изменения значений угла опережения инверторы с таким способом регулирования напряжения можно выделить в две группы: инверторы с регулируемой проводимостью эквивалентной нагрузки и инверторы с. регулируемой частотой.

Для изменения угла опережения в инверторах первой группы наибольшее практическое применение получили тиристорные устройства с регулируемой индуктивностью дросселя, подключаемого параллельно нагрузке. Введение таких устройств в схему инвертора в значительной мере повышает массу и габариты его оборудования. Установленная мощность управляемого дросселя зависит от диапазона регулирования напряжения и повышается практически пропорционально с его расширением / 8, 31 /.

Частотное регулирование напряжения приемлемо в тех случаях, когда допустимо изменение частоты.

Достоинством способа является его простота. Однако данный способ целесообразно использовать для изменения напряжения в небольших пределах, так как с. увеличением ; глубины регулирования растет установленная мощность силовых элементов инвертора.

К недостаткам частотного способа регулирования напряжения можно также отнести трудность осуществления параллельной работы инверторов при изменении частоты в широких пределах.

Способ регулирования напряжения изменением частоты,несмотря на указанные выше его недостатки,в настоящее время является асновным способом, используемым в инверторах резонансного типа. Поэтому вопрос об оценке его характеристик в сравнении с другими способами является важным и требует отдельного рассмотрения, которое и будет проведено в диссертационной работе.

Способ регулирования напряжения изменением напряжения, подводимого к инвертору. Среди многочисленных устройств, осуществляющих такой способ регулирования напряжения, наибольшее практическое применение получили устройства с использованием управляемых выпрямителей и тиристорных ключей. Первые могут быть использованы лишь в том случае, когда инвертор питается только от источника переменного напряжения, вторые - как от постоянного, так и от переменного при обязательном его выпрямлении с помощью неуправляемого выпрямителя. Главными достоинствами такого способа регулирования напряжения являются простота, надежность, а также возможность осуществления быстродействующей защиты тиристоров при опрокидывании инвертора.

К недостаткам управляемого выпрямителя в первую очередь следует отнести отрицательное влияние на питающую сеть. С увеличением угла регулирования уменьшается коэффициент мощности выпрямителя со стороны питающей сети. Для его улучшения требуется применение конденсаторных батарей с установленной мощностью, соизмеримой с мощностью нагрузки /6,32,33/. Кроме того, возрастав! процентный состав высших гармоник в кривой выпрямленного напряжения, что вынуждает использование допблнишальных фильтров, в следствие чего повышаются габариты и масса устройства и снижается быстродействие системы регулирования напряжения.

Использование тиристорных ключей нецелесообразно в том случае, когда питание инвертора осуществляется от неуправляемого источника постоянного напряжения. В отличие от управляемого выпрямителя работу тиристорного ключа в случае' питания от неуправляемого выпрямителя можно выполнить на частоту, намного превышающую частоту переменного напряжения источника питания. Это дает возможность уменьшить влияние на питающую сеть и повысить быстродействие за счет снижения индуктивности дросселя и емкости конденсаторов фильтра в цепи постоянного тока. Основной недостаток тиристорных ключей состоит в том, что коммутирующее напряжение в них изменяется пропорционально напряжению источника питания [34,35] Это приводит к тому, что при сохранении их коммутационной устойчивости при пониженном напряжении и номинальном значении тока установленная мощность элементов узла коммутации и потери в них становятся чрезмерно велики.

Общим недостатком рассмотренных устройств регулирования напряжения является возрастание пульсаций тока в дросселе и напряжения на конденсаторе фильтра с увеличением глубины регулирования. Несмотря на указанные выше недостатки управляемые выпрямители и тиристорные ключи находят широкое применение для стабилизации входного напряжения инверторов резонансного типа, когда напряжение источника питания изменяется в небольших пределах (15 * 20$). В таких случаях отрицательные свойства данного способа иегулирова-JiL ния проявляются1в полной мере.

Регулирование напряжения.путем рекуперации энергии в источник. Классификационным признаком такого способа регулирования напряжения является возврат энергии, накопленной в реактивных элементах инвертора, источнику питания. Это возможно лишь в том случае, если источник обладает свойством принимать эту энергию.

Из большого разнообразия устройств возврата энергии, используемых в настоящее время в инверторах резонансного типа, можно выделить две группы: устройства с обратными выпрямителями, включаемыми параллельно /2, 31, 36 / или последовательно / 37 / с источником питания,и устройства с диодами сброса / 27, 38 /. В первой группе большое распространение получили устройства с параллельным включением обратного выпрямителя. Основное его назначение - стабилизация напряжения на нагрузке при изменении её параметров. Положительным свойством такого способа стабилизации напряжения является сравнительно большое быстродействие при сбросах и набро-еах нагрузки. Недостатком способа является большая установленная мощность элементов инвертора и выпрямителя, возрастающая с увеличением диапазона регулирования.

Схемы с последовательным включением обратного выпрямителя на практике используйтся сравнительно редко. При данном способе стабилизации в отличие от рассмотренного выше работа инвертора в режиме холостого хада или близкого к нему становится практически невозможной. По этой причине преобразователи такого типа целесообразно использовать при изменении параметров нагрузки в узком диапазоне.

Инверторы с диодами сброса, или как часто их называют j ограничивающими диодами, нашли широкое применение в многоячейковых схемах инверторов без обратных диодов ультразвуковой частоты. Создание схем такого вида объясняется тем, что использование для оброса реактивной энергии известных схем с обратными диодами, включенными встречно-параллельно с гиристорамц,в многоячейковых схемах не приемлемо, поскольку разряд коммутирующих конденсаторов через диоды происходит значительно раньше продолжительности нерабочего состояния каждой ячейки, что приводит к недопустимому снижению времени восстановления тиристоров. Существует большое разнообразие схем с диодами сброса. Работа инвертора с их применением состоит' в следующем. При достижении напряжения на отдельных реактивных элементах схемы значений, превышающих напряжение на емкости фильтра, с которым они связаны через диод сброса, последний открывается. В результате часть энергии, накопленной в реактивных элементах передается конденсатору фильтра, благодаря чему происходит стабилизация напряжения на выходных зажимах. Достоинство таких схем состоит з простоте устройств стабилизации напряжения. К недостаткам можно отнести повышение циркуляционных токов и установленной мощности элементов схемы при высоких значениях добротности колебательных контуров.

Способ регулирования напряжения изменением угла открывания встречно-параллельно соединенных тиристоров регулятора напряжения. На практике такой способ регулирования напряжения в инверторах резонансного типа не нашел широкого применения. Это можно объяснить тем, что с уменьшением угла регулирования тиристоров регулятора уменьшается эквивалентная проводимость нагрузки, что приводит к повышению напряжения на параллельно подключенном конденсаторе. В результате значение напряжения на нагрузке изменяется незначительно, в то время как его форма существенно искажается / 31 /.

• Широтный способ регулирования напряжения. Его классификационным признаком является изменение длительности подключения нагрузки инвертора к источнику питания. Инверторы с устройствами, осуществляющими такой способ регулирования напряжения можно разбить на следующие группы: I. Инверг-оры с регулируемой продолжительностью включения / 39, 40 /.

2. Инверторы с регулируемой продолжительностью короткого замыкания входных зажимов инвертора / 41 /.

3. Инверторы с сопряженно-импульсной коммутацией /34, 42 /.

4. Инверторы с двухступенчатой коммутацией / 34, 43 /.

Регулирование напряжения в инверторах первой группы производится за счет их работы в режиме "включено-выключено" путем подачи и снятия управляющих импульсов. Применение такого способа возможно в том случае, когда в нагрузке требуется регулирование лишь средней мощности и не предъявляются требования к стабильности и форме напряжения. Для работы в таком режиме целесообразно использовать инверторы последовательного типа, обладающие устойчивыми пусковыми характеристиками.

Регулирование напряжения изменением длительности короткого замыкания входных зажимов инвертора можно лишь только в параллельных инверторах тока, содержащих на входе дроссель с большой индуктивностью. Сущность регулирования заключается в том, что при одновременном включении тиристоров анодной и катодной групп одноименной ветви моста происходит короткое замыкание его входных зажимов. За время короткого замыкания параллельный конденсатор отключается от источника питания, а энергия, запасенная в нем^выде-ляется в нагрузке. Благодаря наличию входного дросселя с большой индуктивностью ток в тиристорах не успевает нарасти сверх допустимых значений. Изменяя длительность короткого замыкания за счет задержки включения тиристоров катодной группы по отношению к моменту включения тиристоров анодной группы моста, можно плавно регулировать напряжение на нагрузке.

Сопряженно-импульсная коммутация тиристоров, как правило, используется в инверторах с обратными диодами. Такой способ коммутации можно осуществить и. в инверторах резонансного типа при подключении обратных диодов встречно-параллельно тиристорам анодной или катодной группы моста / 42 /. Введение в силовую схему магнитосвязанных коммутирующих дросселей ограничивает частотные возможности таких схем, из-за большого значения коммутирующего тока и запасаемой в них во время коммутации электромагнитной энергии. Рекомендуемая частота составляет 50*100 Гц.

В инверторах с двухступенчатой коммутацией выключение тиристоров осуществляется с помощью дополнительных устройств. Их составными элементами, как правило, являются вспомогательные тиристоры, коммутирующие дроссели и конденсаторы. С их помощью в инверторе можно изменять продолжительность включения основных тиристоров в широком диапазоне и по любому закону, в том числе и по синусоидальному / 34 /. Данный способ является основным способом регулирования в инверторах напряжения. Известны случаи его применения в резонансных инверторах / 43 /. Недостатком данного способа является сложность силовой схемы и большие потери энергии в коммутирующих контурах при частотах, соизмеримых с резонансной частотой дополнительных коммутирующих контуров. Рекомендуемая оптимальная частота коммутации в 5 - 1С раз превышает частоту основной гармоники выходного напряжения.

В.З. Постановка задачи, цели и содержание .диссертационной работы

Критический обзор способов и устройств регулирования напряжения инверторов резонансного типа показал, что они обладают рядом существенных недостатков, которые в значительной мере ухудшают регулировочные свойства, энергетические характеристики, массо-габаритные и качественные показатели преобразователей.

Области применения инверторов резонансного типа, как это было показано выше, обширны и потребность их массового производства для различных отраслей техники велика. Поэтому, решение такой крупной научной проблемы, как улучшение регулировочных свойств, энергетических характеристик и качественных показателей таких установок имеет важное народно-хозяйственное значение.

В диссертационной работе эта проблема решалась путем разработки нового класса инверторов резонансного типа с экономичными способами.: широтного регулирования напряжения и теоретического обобщения результатов их комплексного исследования.

Данный класс инверторов, разработанный автором, предложено классифицировать .как "инверторы резонансного типа с прямой (одноступенчатой) коммутацией входным напряжением и широтным регулированием". Особенность их работы в отличии от классических схем состоит в том, что выключение одной части вентилей в них происходит напряжением конденсатора, включенного в цепь переменного тока, а остальных вентилей - за счет прямой коммутации постоянным по знаку входным напряжением.

Основным достоинством инверторов данного класса является то; что осуществляемые в них способы широтного регулирования напряжения не требуют применения устройств вынужденной коммутации тиристоров. Сущность таких способов заключается в следующем.

Способ регулирования напряжения двухмостовнх инверторов с двумя источниками питания / 44 /. Его принцип рассмотрим на примере работы двухмостового резонансного последовательного инвертора с обратными диодами (рис.3.1), обратившись к диаграммам тока и напряжения, представленными на рис.В.1,6. Благодаря задержке моментов включения тиристоров Тб, Т8 по отношению к моментам включения тиристоров Т5, Т7 нижнего моста, можно плавно регулировать напряжение на нагрузке от EI до Е = EI + Е2.Из принципа работы инвертора следует, что к его нагрузке прикладывается напряжение ступенчато-прямоугольной формы, которое формируется в результате сложения выходных напряжений прямоугольной формы первого инвертора с амплитудой EI и продолжительностью импульса, равного полупериоду частоты управления, и напряжения второго инвертора с амплитудой Е2 и продолжительностью импульса, уменьшенной на отрезок времени

Таким образом, в рассматриваемом преобразователе практически осуществляется разновидность широтного регулирования напряжения. Однако в данном случае в отличие, от способа геометрическим суммированием выходных напряжений не требуется применения трансформаторов. Рассмотренный способ широтного регулирования может быть а

Рис.3.1 Силовая схема (а) и диаграммы тока и напряжения (б) двухмостового инвертора с обратными диодами и двумя источниками питания . использован и в многомосговых схемах инверторов без обратных диодов.

Способ регулирования напряжения одномостових инверторов с двумя источниками питания /-45./. Его сущность рассмотрим на примере работы.последовательно-параллельного инвертора без обратных диодов (рис.3.2). Для осуществления широтного регулирования напряжения в схему введены дополнительные тиристоры Т5, Тб. Изменяя момент включения тиристоров Т2, Т4 по отношению к моменту включения тиристоров TI, Тб и ТЗ, Т5, можно изменять продолжительность подключения нагрузки инвертора к источнику Е2 и этим плавно регулировать напряжение на выходе.

Усовершенствование схем инверторов без обратных диодов с целью осуществления в них широтного регулирования напряжения позволяет осуществлять стабилизацию основных параметров без применения устройств компенсации реактивной энергии при сбросах нагрузки.

Способ регулирования напряжения одномостовых инверторов с одним источником питания / 46 /. Его сущность заключается в следующем. Если, например, в последовательном инверторе с обратными диодами (рис.В.З) по истечении одного или нескольких полупериодов частоты управления тиристоры катодной группы Т2, Т4 включать с задержкой по отношению к моменту включения тиристоров анодной группы моста TI, ТЗ, то, начиная с данного полупериода, продолжительность подключения диагонали моста к источнику питания уменьшится на значение времени задержки, т.е. согласно классификационному признаку будет происходить широтное регулирование напряжения. На рис.3.3 приведены диаграммы тока и напряжения, соответствующие вводу регулирования на втором полупериоде. Аналогичное регулирование напряжения можно осуществить и в инверторах без обратных диодов с одним источником питания. а.

Рис.В.В- Силовая схема (а) и диаграммы входного тока (б) и напряжения (в) одномостового инвертора с двумя источниками питания ех ту тк L

Ц-^^ми} с Т2 яъ а) m лг и lie/. i\ t

Ь iff г/г Ut и и А и и V т/г и

Рис.В.З Силовая схема (а) и диаграммы тока и напряжения (б) одномостового инвертора с одним источником питания

Очевидним достоинством рассмотренных способов широтного регулирования напряжения является их простота. В инверторах с обратными диодами для их осуществления не требуется применение дополнительных силовых элементов. При их использовании с увеличением глубины регулирования уменьшается продолжительность подключения входных зажимов, инвертора, к источнику питания. Благодаря этому ток и установленная мощность реактивных элементов также снижаются.

Регулирование и стабилизация напряжения другими способами, за исключением инверторов с .управляемым выпрямителем и гирисгорным ключем, вызывает появление циркуляционных токов, возрастающих по мере увеличения глубины регулирования. В большинстве случаев их значения превышают токи, когда отсутствует регулирование. Это приводит к тому, что при небольшой мощности в нагрузке установленная мощность реактивных элементов намного превышает активную мощность. 3 результате коэффициент полезного действия преобразователя значительно падает. Отмеченных недостатков лишены разработанные автором инверторы с прямой (одноступенчатой) коммутацией входным напряжение м.

Окончательный вывод о достоинствах разработанных способов регулирования напряжения можно будет сделать лишь на основании теоретического- и экспериментального исследования инверторов рассмотренного типа.

Класс инверторов резонансного типа с широтным регулированием отличается многочисленностью и многообразием силовых схем. Однако по характеру протекающих в них электромагнитных процессов основные схемы инверторов резонансного типа можно выделить в три группы: инверторы без обратных диодов, инверторы с обратными диодами и ин^т верторы с удвоением частоты.

В преобразователях с промежуточным звеном повышенной частоты могут быть использованы инверторы всех грех групп. Подключение нагрузки б таких преобразователях к выходу инверторов через выпрямитель существенно изменяет режимы их работы. По этой причине преобразователи с промежуточным звеном целесообразно отнести к отдельной группе.

Работа инверторов резонансного типа при отсутствии шпротного регулирования достаточно подробно изучена и освещена в советской литературе.

Существенный вклад в теорию автономных инверторов внесли совегсткие ученые: М.М.Акодис, А.Д.Артым, Р.Х.Бальян, Е.И.Берко-вич, Л.С.Васильев, Т.Л.Глазенко, В.Т.Долбня, А.В.Донской, А.Ф.Дми-триков, Г.З.Ивенский, И.JI.Каганов, С.М.Кацнельсон, И.Ковалев, В.А.Лабунцов, Г.Ф.Мерабишвили, Г.М.Мустафа, А.В.Поссе, А.Г.Придатков, I-'.А.Сивере , А,Е.Слухоцкий, Ю.Г.Толстов, Б.У.Умаров, В.Е.Тонкаль, З.Р.Руденко, Г.Г.Пивняк, В.И.Сенысо, Г.В.Чалый, В.А.Чванов, И.М.Чиженко, В.П.Шипилло и др.

Теоретическое исследование данных схем инверторов при способах широтного регулирования напряжения, разработанных автором, проводится впервые. Поэтому в число основных задач диссертационной работы входило не только разработка способов и устройств, но и комплексное исследование характеристик инверторов при широтных способах регулирования напряжения. Определенный интерес представляет сравнение характеристик, полученных при разных способах, предложенных автором, а также при частотном способе регулирования напряжения, поскольку последний широко используется на практике. При этом следует отметить, что исследование характеристик ряда схем проводилось не достаточно полно и в большинстве случаев без учета параметров фильтра. Поэтому в число задач диссертационной работы входило определение характерногик при оптимальных параметрах фильтра с точки зрения сохранения коммутационной устойчивости при отсутствии широтного регулирования, а затем проведение расчета характеристик при выбранных параметрах фильтра и определение степени влияния на пульсации тока и напряжения элементов фильтра широтного регулирования напряжения.

Что касается метода раснета, то его выбор зависит от вида схемы и режима работы инвертора, требуемой точности и необходимой информации о его характеристиках.

Обзор и сравнение методов расчета вентильных преобразователей достаточно подробно изложен в отечественной литературе /14, 47, 48/.

Поскольку расчет схем с широтным регулированием проводился впервые, то в диссертационной работе при анализе инверторов, электромагнитные процессы которых описывались дифференциальными уравнениями не выше.четвертого порядка, были использованы точные методы аналитического исследования: припасовывания, дискретного и обычного преобразования Лапласа. Сравнение данных, полученных с их помощью, с результатами приближенных методов расчета дает возможность определить область параметров, при которых допустимо применение приближенных методов.

В диссертационной работе использовались наиболее простые методы приближенных расчетов: метод основной гармоники тока и напряжения на нагрузке инвертора. Отметим, что к "точным" обычно относят методы анализа и расчеты при допущении идеальности характеристик вентилей и линейности всех остальных элементов схемы инвертора. В случае дополнительных допущений метод относят к "приближенным" /14/.

При исследовании схем, электромагнитные процессы в которых описывались дифференциальными уравнениями выше четвертого порядка, использовались численные методы с привлечением ЦВМ. В начальной стадии исследования для определения области оптимальных параметров с точки зрения коммутационной устойчивости инверторов в переходных и установившихся режимах использовались методы аналогового моделирования.

Поставленные научные задачи, направленные на решение такой крупной проблемы как улучшение регулировочных свойств, энергетических характеристик и качественных показателей инверторов резонансного типа определили следующие научные положения диссертационной работы, которые защищает автор:

I. Новый класс . однофазных инверторов резонансного типа с прямой (одноступенчатой) коммутацией входным напряжением и широтным регулированием, разработанный автором. Его основой являются: параллельные и последовательно-параллельные инверторы тока; последовательные, параллельные и последовательно-параллельные резонансные инверторы: с обратными и без обратных диодов; с удвоением и без удвоения частоты, мостовые и полумостовые, симметричные и несимметричные, одноячейковые и многоячейковые. Используемые в них способы и устройства широтного регулирования напряжения просты, эффективны и экономичны, поскольку:

- не требуют применения устройств вынужденной коммутации тиристоров. Это позволяет осуществлять широтное регулирование на повышенных частотах (Т-10 кГц);

- регулирование мощности в широких пределах с их помощью не вызывает появления циркуляционных токов, сникающих КПД инверторов;

- они позволяют .в большинстве случаев производить широтное регулирование без применения дополнительных силовых вентилей в схемах, осуществлять глубокое регулирование при одновременном сложении мощностей нескольких инверторов на общей нагрузке при отсутствии выходных трансформаторов и стабилизировать выходные параметры при сбросах нагрузки, без применения дополнительных устройств компенсации реактивной энергии.

Все способы и устройства широтного регулирования напряжения выполнены на.уровне изобретений и защищены 16 авторскими свидетельствами.

2. Основы теории широтного регулирования напряжения инверторов резонансного типа с прямой коммутацией входным напряжением. Её содержание составляют:

- методика аналитического исследования инверторов резонансного типа без обратных диодов, основанная на методах припасовывания и основной гармоники тока; её использование позволи-« ло впервые показать допустимость и определить границы применения метода основной гармоники тока при широтном регулировании в инверторах с двумя и одним источниками питания;

- метод расчета установившихся режимов работы последовательных инверторов без обратных диодов в режиме прерывистого входного тока. При его использовании, благодаря замене прерывистого режима непрерывным и представлению расчетной схемы в виде разомкнутой импульсной системы, были получены на основе дискретного преобразования Лапласа в замкнутом виде аналитические выражения, позволяющие рассчитать, не прибегая к определению значений токов и напряжений на границах интервалов, характеристики последовательных инверторов;

- методика расчета инверторов с обратными диодами с двумя источниками питания, основанная на представлении расчетной схемы, справедливой для всего класса инверторов с обратными диодами, в виде разомкнутой импульснвй системы. С её помощью на основе дискретного преобразования Лапласа были получены аналитические выражения в замкнутом виде, позволяющие рассчитать характеристики инверторов в переходных и установившихся режимах;

- методика расчета одномостовых инверторов с обратными диодами с одним источником питания, основанная на представлении прикладываемого к нагрузке напряжения в виде последовательности смещенных во времени скачков напряжения и определении реакции на их воздействия линейной непрерывной части. Её использование позволило получить аналитические выражения в замкнутом виде, необходимые для расчета характеристик основных схем инверторов в переходных и установившихся режимах;

- методика приближенного расчета инверторов с обратными и без обратных диодов, основанная на использовании методов первой гармоники тока и напряжения; с помощью разработанных методик получены простые аналитические выражения, позволяющие в наглядной форме рассмотреть влияние широтного регулирования на основные параметры инверторов и рассчитать их регулировочные характеристики с достаточной для инженерной практики точностью;

- анализ и обобщение результатов расчета и исследования характеристик инверторов резонансного типа с широтным регулированием напряжения аналитическими и численными методами", аналоговым и физическим моделированием.

3. Результаты анализа схем, способов и полученных регулировочных характеристик с учетом переходных и установившихся режимов работы инверторов резонансного типа с прямой коммутацией ^входным напряжением и широтным регулированием. Их обобщение позволило выявить основные свойства инверторов и выдать рекомендации по их применению.

Усовершенствованные схемы и обобщение результатов комплексного. исследования преобразователей с промежуточным звеном повышенной частоты, построенных на базе последовательных резо--нансных инверторов с широтным регулированием напряжения.

Для сохранения коммутационной устойчивости инверторов во всех режимах,, включая и холостой ход, автором предложено ввести в их схемы вспомогательный коммутирующий контур с волновым сопротивлением, на порядок превышающим волновое сопротивление колебательного контура нагрузки. Показана эффективность такого усовершенствования и целесообразность применения в преобразователях данного вида широтного регулирования напряжения".

Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований диссертационной работы, а также полученные при этом рекомендации и выводы, послужили основой для технических заданий на конструирование и нормативно-технических документов при создании.серийных и опытно-промышленных образцов тиристорных преобразователей повышенной частоты различного назначения. Разработанные методы и методики расчета инверторов резонансного типа с широтным регулированием напряжения, опубликованные в монографии "Теория и схемы тиристорных инверторов повышенной частоты", центральных научных журналах, в докладах на всесоюзных и республиканских конференциях по преобразовательной технике, используются в учебном процессе ведущих вузов страны и за p^die-жом.

Основные научные и практические результаты работы внедрены следующими заводами, предприятиями, научно-исследовательскими институтами и промышленными объединениями при разработке опытных, промышленных и серийных образцов тиристорных преобразователей частоты различного назначения: Ленинградским Адмиралтейским объединением; Таллинским электротехническим заводом им.М.П.Калинина; заводом "И'тамп" (г.Тула); Специальным конструкторским бюро полупроводниковых преобразователей частоты "Зихрь" (г.Уфа); Тульским проектно-конструкторским технологическим институтом машиностроения (г.Тула); предприятиями: п/я А—1210; п/я Р—6324; п/я X—5886; п/я А-3595; научно-исследовательским институтом радиофизики им.акад. А.А.Расплетина (г.Москва); Центральным научно-исследовательским институтом материалов тяжелого и транспортного машипостроения (ЦНИИТяжмаш, г.Свердловск); Всесоюзным, научно-исследовательским институтом токов высокой частоты им.В.В.Володина; Свердловским производственным предприятием "Уралэнергоре-монт", а также предприятиями Народной Республики Болгария.

Подтвержденный народнохозяйственный экономический эффект от внедрения выполненных разработок составляет 511 тыс рублей в год.

Диссертационная работа есть результат многолетних исследований, проведенных автором при выполнении научно-исследовательских работ по хоздоговорам и договорам.о творческом содружестве с ведущими предприятиями нашей страны.

I. ШИРОТНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ РЕЗОНАНСНЫХ ИНВЕРТОРОВ С ОБРАТНЫМИ ДИОДАМИ

I.I. Разработка устройств широтного регулирования напряжения резонансных инверторов с обратными диодами В введении на примере работы последовательного инвертора мы рассмотрели два способа широтного регулирования напряжения, осуществленных в двухмостовом (рис.ВД) и: в одномостовом (рис. В.З) инверторах при питании соответственно от двух и одного источников постоянного тока.

Достоинством многомостовых схем рассмотренного типа является то, что они позволяют суммировать мощности в нагрузке нескольких инверторов без применения на выходе трансформаторов. При этом отпадает необходимость использования устройств выравнивания напряжения на вентилях инверторных мостов, поскольку напряжение на полупроводниковых приборах определяется напряжениями соот^-ветствующих источников питания. Данный класа инверторов целесообразно применять в установках повышенной мощности.

В преобразователях средней мощности (до 1000 кВт) следует использовать одномостовые схемы. Оба вида инверторов особенно эффективно применять в тех случаях, когда их питание осуществляется от источника переменного тока через неуправляемый выпрямитель, который выполняется на тиристорах для защитных целей в аварийных режимах.

При питании инвертора от источника постоянного тока могут быть использованы усовершенствованные автором схемы инверторов с-тиристором на входе (рис.1.1) /45,46, 49-51/. Принцип их действия рассмотрим на примере работы инверторов, представленных на рис Д .X ,а <^50/.

В качестве нагрузки таких инверторов^как и в схемах, показанных на рис.В.1; В.З, могут быть использованы получившие широкое применение на практике последовательный ("а"), параллельный ("6'Ot последовательно-параллельный ("в") колебательные: контуры, наименование которых определяет соответственно вид инвертора. Инверторы с нагрузкой, представленной параллельным соединением: коммутирующего контура Li, СI ,R I и нагрузки LR (контур "г") известны в литературе как инверторы с параллельным коммутирующим контуром. Для обеспечения коммутационной устойчивости таких инверторов, необходимо, чтобы суммарная нагрузка Z обеспечивала емкостную реакцию- тока.

Широтное регулирование напряжения в схемах с двумя (рис. 1.1,а) и одним (рис.1.1,,б) источниками питания осуществляется соответственно по способам /45/ и /46/ путем изменения задержки включения тиристора Т в каждый полупериод по отношению к моменту включения пар тиристоров ТТ, Т2 и ТЗ, Т4. Форма тока и напряжения на выходных зажимах инвертора с двумя источниками при этом имеет такой же вщ^как и в схеме двухмостового инвертора (рис. В.1,6). На интервалах времени^ -tof,tcC -to,to-t^ включены соответственно тиристоры ТЕ,. Т2; тиристоры Т, IT, Т2; диоды Д, ДГ, Д2. Подключение второго источника Е2 ко входу инвертора в данной схеме происходит за счет запирания диода Д входным напряжением источника El при включении тиристора Т в момент времени toC. в инверторе с одним источником (рис.1.1,б) ток: и напряжение на выходе имеют такую же форму (рис.В.3,б) как и в схеме: инвертора рис.В.3,а. На интервалах времениt<i~to,to~t2,t^"ts соответственно включены тиристоры Т, ТТ, Т2; диоды Д, ДГ, Д2; тиристоры ТЗ, Т4 и диоды Д1, Д2; тиристоры Г, ТЗ, Т4; диоды Д, ДЗ, Д4. Подключение напряжения источника питания Е квжодным зажимам инвертора в момент времени tcfc в данной схеме происходит за- ечет коммутации тока полупроводниковых приборов входным напряжением при включении тиристора Т. Из принципа работы схем следует, что широтное регулирование напряжения в них осуществляется как и в рассмотренных ранее схемах, за счет прямой коммутации тока вентилей входным напряжением.

Работа модифицированных схем (рисЛ.1,b;|J,г /45,49,51/) протекает аналогичным образом. В отличие от схем рис.1.1 ,a;IJ,б они не содержат дополнительного диода Д, что является их преимуществом. Однако запирающее1 напряжение тиристоров Т, TI, ТЗ в таких схемах вдвое ниже по сравнению со схемами рис.1.1,а;б, что ухудшает их коммутационную устойчивость. Возможно и другое исполнение схем инверторов с обратными диодами с: широтным регулированием напряжения /52-54/. По сравнению с рассмотренными они отличаются сложностью и поэтому здесь не приводятся.

Цвлесообразностъ использования схем с тиристором на входе (рис.1.1) или при его отсутствии (рис.Б.1; В.З) зависит от вида источника питания. Если; это неуправляемый диодный выпрямитель или аккумуляторная батарея, то предпочтительна схема о, тиристором на входе, т.к. последний можно использовать для защитных целей при опрокидывании инвертора, применив несложную схему выключения тиристора Т /34, 35/. Если источник представляет собой выпрямитель на тиристорах, используемый для защитных целей, то могут быть применены схемы, показанные на рис.В.1; В.2.

Таким образом}нами были рассмотрены инверторы с одним и двумя источниками питания, в которых может быть осуществлено широтное регулирование напряжения. Для выявления достоинств и недостатков представленных схем и осуществляемых в них способов широтного регулирования напряжения проведем расчет их характеристик.

Заключение диссертации по теме «Силовая электроника», Кулик, Валентин Данилович

Выводы.

1. Работа резонансных инверторов в преобразователях постоянного напряжения одного уровня в другой в качестве промежуточного звена повышенной частоты имеет ряд характерных особенностей.

В преобразователях, включающих в себя резонансные инверторы с обратными диодами^ числу основных особенностей следует отнести потерю коммутационной устойчивости инверторов вследствие снижения тока обратных диодов до нуля при значениях напряжения на нагрузке, близких или превышающих напряжение источника питания.

В преобразователях, включающих в себя резонансные инверторы без обратных диодов, также происходит потеря коммутационной устойчивости в аналогичных режимах вследствие снижения напряжения на выходных зажимах инвертора до значений, меньших напряжения источника питания.

2. Применение вспомогательного коммутирующего контура с волновым сопротивлением, на порядок и более превышающим волновое сопротивление нагрузочного контура, дает возможность сохранить кон-мутационную устойчивость инверторов во всех режимах, включая и режим холостого хода.

3. В преобразователях с резонансными инверторами с обратными диодами максимальное значение напряжения на нагрузке нахд-дится в сильной зависимости от коэффициента нагрузки,

Применение широтного способа регулирования Дает возможность стабилизировать напряжение на нагрузке при изменении её параметров.

При этом следует иметь ввиду, что использование для этих целей инверторов с двумя источниками питания предпочтительнее, поскольку в них время восстановления тиристоров во всем диапазоне регулирования остается практически неизменным.

4. В преобразователях с резонансными инверторами с обратными диодами с частотой разряда конденсатора нагрузки, не кратной частоте тока инвертора, происходит значительное снижение времени восстановления тиристоров. В таких случаях целесообразно использовать широтный способ для регулирования напряжения на нагрузке.

5. В преобразователях с инверторами без обратных диодов при отсутствии регулирования напряжение на элементах инвертора во время пуска может в 5-10 раз превосходить напряжение источника питания. Применение широтного регулирования дает возможность обеспечить стабильность напряжения на силовых элементах инвертора. При этом для обеспечения коммутационной устойчивости на протяжении всего пуска следует наибольший угол регулирования вводить в первые Полупериоды частоты управления и снижать его значение по мере уменьшения напряжения на выходных зажимах инвертора.

-3355. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ИНВЕРТОРОВ РЕЗОНАНСНОГО ТИПА С ШИРОТНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ I

Основные научные и практические результаты диссертационной работы были использованы рядом предприятий нашей страны при разработке тиристорных преобразователей частоты различного назначения. Наибольшее практическое применение разработанные автором способы и устройства широтного регулирования напряжения нашли в инверторах, используемых в установках для индукционного нагрева металла/224-22бУ.

Предприятием п/я Р-6758 совместно с лабораторией электротехнологических установок Ленинградского политехнического института им. М.И.Калинина при участии диссертанта проводились работы, связанные с разработкой, проектированием и изготовлением опытных и серийных образцов тиристорных преобразователей частоты СТПЧ), используемых в установках для.индукционного нагрева металла.

Инверторный блок таких преобразователей выполнялся но схеме резонансного инвертора с обратными диодами и удвоением частоты на мощности 50; 160 кВт в одномостовом исполнении и на мощность 120 кВт по трехмостовой силовой схеме. Во всех случаях частота тока на выходе составляла 2;5 кГц. Типовая схема таких преобразователей приведена на рис.ЪЛ/22Ц/.

Она включает в себя реакторы PI-P3, выпрямитель и инвертор. Силовая часть выпрямителя выполнена на тиристорах ТТ-Тб, на управляющие электроды которых от схемы управления подаются импульсы тока частотой 2,5 кГц, благодаря чему его работа протекает в режиме нере--угулируемоге выпрямителя. Тиристоры, используемые вместо неуправляемых диодов, выполняют исключительно защитные функции преобразователя при различных аварийных ситуациях.

При поступлении в схему защиты импульсов от датчиков защиты, срабатываемых при перегрузках по току, при замыкании на корпус или при опрокидывании инвертора, происходит съем импульсов, поступающих на тиристоры Т1-Т6. Однако такая форма защиты недостаточно эффективна, так как выпрямитель отключается с некоторой задержкой из-за наличия индуктивности и э.д.с. самоиндукции, вызывающих протекание тока недопустимых значений. Для повышения быстродействия защиты предусмотрено конденсаторное гашение силовых тиристоров выпрямителя, осуществляемое с помощью дополнительных тиристоров Т7, Т8, конденсаторов СЗ, С4, дросселей Li, L»2.

При срабатывании датчиков защиты одновременно со снятием управляющих импульсов с ТТ-Т6 отпираются тиристоры Т7 и Т8. Зто вызывает протекание разрядных токов предварительно заряженных конденсаторов встречно аварийным токам тиристоров выпрямителя.

Параметры конденсаторов CI, С2 и дросселей Li, L2 выбираются такими, чтобы разрядные токи превышали токи тиристоров ТТ-Тб и длительность обратных напряжений, прикладываемых к вентилям выпрямителя после снижения их тока до нуля, превышала время восстановления их управляемости.

Для ограничения амплитуды аварийного тока предусмотрены реакторы PI-P3 и дроссели фильтра 1>Ф1 , Ltpz* включенные на входе моста инверторов. Защита тиристоров выпрямителя от:.', перенапряжений осуществляется с помощью R С-цепоче^резисторов R.7, R8 и конденсатора." CI, подключенных через вспомогательный диодный мост (Д1-Д6) к выпрямителю.

При отключениях выпрямителя от сети для его защиты от перенапряжений используются цепочка последовательно соединенных резистора и диода Д9, а также конденсатор СЧ,

Инвертор, выполненный по схеме с удвоением частоты, в каждом плече моста содержит по три последовательно включенных тиристора типа TJI-I60-6.

-380 В, 50 Гц

Рис. 5.1 Силовая электрическая схема преобразователя

Для защиты от перенапряжений и равномерного распределения напряжений между последовательно включенными тиристорами параллельно каждому из них подключены /?С-цепочки и резисторные делители напряжения.

В зависимости от конструктивного исполнения и мощности преобразователя инвертор выполнялся^- с одним, двумя или тремя мостами, подключенными на общую нагрузку через соответствующие разделительные конденсаторы Ср и защитные дроссели L^ каждого моста.

В одномостовом инверторе мощностью 160 кВт, 2500 Гц каждое плечо моста содержало три параллельные ветви, для равномерного распределения тока между которыми использовались анодные делители тока на ферритовых кольцах с включением в них силовых шин из разных ветвей.

Защитный дроссель Lj предназначен для ограничения разрядных токов разделительного конденсатора Ср через полупроводниковые приборы при опрокидывании инвертора и коммутациях тока с обратных диодов на тиристоры.

В одномостовом варианте преобразователя мощностью 160 кВт, 2500 Гц были выбраны следующие значения параметров конденсаторов и дросселей: L^ = 9 мкГн, CI = 120 мкФ; L= 21 мкГн; Ср = 360 мкФ; Ьф/ = Ltpz= 800 мкГн. В многомостовом варианте преобразователя: Lj = 50 мкГн; L = 20 мкГн; Ср = 120 мк$.

Регулирование напряжения и мощности рассмотренных преобразователей осуществлялось частотным и широтным способами, что дало возможность отказаться от использования источников питания с управляемыми выпрямителями.

Широтное регулирование напряжения во всех случаях выполнялось в соответствии с предложенным диссертантом способом /46/ (а.с. № 409345), разработанным применительно к однофазным инверторам с одним источником питания, подробно описанном в введении.

Рис. 5.2 Сбщий вид промышленного образца одномостового преобразователя мощностью 160 кЗг

Описание схем управления и защиты преобразователей приведено в отчете /223/ и частично отражено в /82/.

Общий вид преобразователя данной серии мощностью 160 кВт представлен на рис.5.2.

Масса преобразователя - 1000 кг, габариты - 1800 х 650 х х 2400 мм, охлаждение - водяное^, КПД - 0,85-0,9.

При выборе силовых элементов преобразователя использовались результаты теоретических исследований, изложенных в §§ 3.I-3.-5 и экспериментальные проработки, которые проводились в лаборатории электротехнологических установок ЛПИ им. М.И.Калинина на макетах полной мощности. Принципиальные электрические схемы одномостового и трехмостового вариантов схем приведены на рис.ПЗЛ; П3.2 в Приложении 3.

Полное описание экспериментальных исследований приведен^, в отчете /223/.

В установках для питания нагревателей периодического действия автором совместно с представителями предприятия п/я Р-6758 было разработано устройство для стабилизации напряжения на нагрузке тиристорных инверторов с обратными диодами и удвоением частоты /181/ Са.с.К 474096) с использованием широтного способа регулирования напряжения, предложенного диссертантом /46/.

Принципиальная электрическая схема такого устройства /181/ приведена на рис.5.3.

На фиг.Т изображена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 $ показаны временные диаграммы тока L^ в диагонали моста Са) и напряжения U(~k), прикладываемого от источника питания £ к коммутирующему контуру и нагрузке Сб).

Устройство содержит инвертор I с тиристорами 2-5, диодами 6-9, коммутирующим контуром 10, II в диагонали моста и нагрузкой 12, вынесенной за диагональ моста; фильтровую емкость 13, делитель напряжения на резисторах 14 и 15 и емкость 16 на входе инвертора-, задающий генератор 17 с транзисторами 18 и 19; фазосдвигающий блок 20, включающий магнитный усилитель с внутренней обратной связью с обмотками и схемы совпадения, рабочими обмотками и Wtf , с обмоткой управления W5 , диодами 21, 22 и транзисторами 23, 24.

Кроме того, в устройство входят формирователи импульсов управления 25 и 26 тиристорами анодной и катодной групп инверторыо-го моста соответственно; широтно-импульсный модулятор 27 на транзисторе 28, сглаживающий фильтр 29, 30, схема сравнения 31 с резистором 32, в качестве источника опорного напряжения которой служит стабилитрон 33.

Работает устройство следующим образом.

В момент 1if с задающего генератора 17 подается управляющий импульс, снимаемый с обмотки V^ на тиристор 2. Ток разряда емкости начинает протекать по цепи: точка А - диод 8 - тиристор 2 -- точка Б до момента ig . В этом промежутке времени напряжение Е к диагонали и нагрузке не прикладывается.

В момент ~t<> происходит насыщение сердечника магнитного усилителя и синхронизирующий импульс, снимаемый с обмотки , поступает на базу транзистора 23 (24), в результате с выхода обмотки подается импульс напряжения на управляющий электрод тиристора 3. Происходит коммутация тока t^ с диода 8 на тиристор 3 и он протекает по цепи: точка В - тиристор 2 - точка Б - точка А - тиристор 3 - точка Г - точка - Д, а к диагонали моста и нагрузке прикладывается напряжение Е.

В момент ток меняет направление и начинает протекать через диоды б и 7 до момента , после которого протекание тока через диоды прекращается, диагональ моста и нагрузка отключаются от источника Е.

Рис.5.3 Электрическая схема стабилизации напряжения инвертора с обратными диодами и удвоением частоты

С начала второго полупериода управления процессы в преобразователе повторяются. Таким образом, суммарное среднее значение напряжения, прикладываемое:) к диагонали и нагрузке, равно среднему значению прямоугольного напряжения V(-i) с амплитудой Е и длительностью ~t2 - z^ . Получить такое напряжение непосредственно с нагрузки и диагонали затруднительно, поскольку требуется произвести их геометрическое суммирование. Однако напряжение, пропорциональное U(4) , легко получить с помощью широтно-импульсного модулятора 27, амплитуда питающего напряжения которого пропорциональна Е, а транзистор 28 отпирается суммарным напряжением двух прямоугольных напряжений, снимаемых с обмоток W{ и Vt^> , с одинаковыми амплитудами и сдвинутыми на время

Таким образом, с выхода модулятора поступает напряжение Е^, пропорциональное UCi) . С увеличением напряжения U(i) , прикладываемого к нагрузке и диагонали, увеличивается разность между опорным напряжением и напряжением Е^. Эта разность выделяется на резисторе 32, что приводит к увеличению тока управления магнитным усилителем. Это, в свою очередь, приводит к увеличению угла сдвига между выходными прямоугольными напряжениями, снимаемыми с обмоток \Ли ^ , вследствие чего уменьшается ширина прямоугольного напряжения Vtt)' Уменьшение входного напряжения Е инвертора приводит к уменв-шению разности между опорным напряжением и напряжением Ток магнитного усилителя уменьшается. Фаза между выходными напряжениями уменьшается, что в конечном итоге приводит к уменьшению задержки включения тиристора 3 по отношению к тиристору 2. В результате длительность прямоугольного импульса напряжения U({) увеличивается. Таким образом происходит стабилизация напряжения Utt) » прикладываемого к диагонали инвертора и нагрузке при изменении входного напряжения.

Результаты испытания описанного устройства приведены в отчете

-344/223/. Экономический эффект от его внедрения на различных предприятиях отражен в актах внедрения, приведенных в Приложении 3.

По аналогичной схеме в Центральном научно-исследовательском институте материалов и технологии тяжелого и транспортного машиностроения ЩНИИТяжмаш) совместно с "Ленинградским научно-исследовательским институтом постоянного тока при участии диссертанта в соответствии с договором о творческом1 содружестве /132/ был разработан и изготовлен преобразователь для индукционных передвижных установок, предназначенных для термообработки сварных швов энергооборудования на мощность 50-65 кВт. Его особенностью является замкнутая система охлаждения и глубокое (1:20) регулирование мощности с применением частотного и широтного способов регулирования. Акт внедрения такого преобразователя приводится в Приложении 3.

Широтный способ регулирования напряжения, разработанный автором применительно к инверторам с одним источником питания /45/, был также использован и в инверторах без обратных диодов с удвоением частоты.

Для его осуществления диссертантом совместно с представителями Таллинского электротехнического завода им.М.И.Калинина (ТЭЗ им. М.И. Калинина)* Лрессманном И.И., Мотылем А.П. и Берковичем Е.И. была усовершенствована классическая схема инвертора без обратных диодов /182/, (а.с.$ 530405). Её работа подробно описана в §§ 3.6-3.8.

Результаты теоретических исследований таких схем, изложенные в диссертационной работе (§§ 3.6-3.8), в монографии /50/, а также в отчете о научно-исследовательской работе, выполненной под научным руководством и при участии диссертанта в соответствии с хоздоговором /119/, легли в основу при. разработке, проектировании и изготовлении преобразователей мощностью 63 кВт1, с выходной частотой 2400 Гц. Опытная партия таких преобразователей, изготовленных в СКТБ ППЧ при Уфимском авиационном институте им. Орджоникидзе, используется в установках вакуумных индукционных печей диффузионной сварки металлов.

Области применения установок для индукционного нагрева металла очень разнообразны.

Так, например, при участии автора на Ленинградском Адмиралтейском объединении был разработан тиристорный преобразователь, предназначенный для восстановления судовой арматуры из забракованных амортизирующих конструкций путем индукционного нагрева.

Силовая часть преобразовательной установки была выполнена по предложенной автором схеме несимметричного полумостового инвертора без обратных диодов с широтным регулированием напряжения /109/ (а.с.№ 687548). Выбор и расчет силовых элементов инвертора проводился в соответствии с разработанной диссертантом методикой, изложенной в § 2.II. Акт внедрения такой установки приводится в Приложении 3. КПД преобразователя составляет 0,83-88.

Основные научные и практические результаты, изложенные во второй главе (§§ 2.1-2.,9), являются результатом научно-исследовательских хоздоговорных работ, проведенных под научным руководством диссертанта для ТЭЗ им.М.И.Калинина. Выводы и рекомендации, изложенные в диссертационной работе и в отчете /119/, использовались представителями ТЭЗ им.М.И.Калинина при разработке и проектировании преобразователей третьего поколения, серийный выпуск которых предполагается в 1984-85 годы.

Материалы, изложенные в первой главе, использовались на кафедре Общей электротехники Каунасского политехнического института им. Антанаса Снечкуса при разработке, проектировании и изготовлении преобразователей частоты, выполненных по схеме параллельного инвертора с обратными диодами для питания люминисцентных осветительных установок мощностью 40 и 240 кВт.

Материалы, изложенные в четвертой главе (§§ 4.1-4.3), легли в основу технических заданий на конструирование силовых элементов преобразователей с промежуточным звеном повышенной частоты специального назначения. Регулирование напряжения в таких преобразователях осуществлялось по способам, разработанным автором применительно к инверторам с двумя (а.с.К 336752) /44/ и одним (а.с.№ 409345) /46/ источниками питания. Силовая часть инверторов опытных образцов таких установок выполнялась по схемам последовательного инвертора с обратными диодами и дополнительным коммутирующим контуром мощностью 60 кВт и выходной частотой 1000 Гц^ КПД - 0,7-0,&, Разработанные автором способы широтного регулирования напряжения инверторов резонансного типа и методики их расчета использовались также специалистами социалистических стран. Так, например, в электротехническом институте Народной Республики Болгария при разработке и изготовлении параллельного инвертора без обратных диодсш мощностью 400 кВт и выходной частотой тока 1000 Гц для расширения диапазона регулирования выходного напряжения был применен способ широтного регулирования напряжения (а.с.409345 /46/), разработанный автором применительно к однофазным инверторам с одним источником питания. В серийно выпускаемых источниках гарантированного питания для обеспечения стабилизации напряжения на нагрузке используется способ регулирования напряжения однофазных инверторов с двумя источниками (а.с. № 390640, /45/).

Основные теоретические положения диссертационной работы, изложенные в монографии "Теория и схемы тиристорных инверторов повышенной частоты с широтным регулированием напряжения" и научных статьях ведущих журналов страны, используются в учебных курсах ряда технических вузов нашей страны и за рубежом.

Большая часть материалов, отраженных в диссертационной работе, докладывалась на всесоюзных и зарубежных научно-технических конференциях, советах, совещаниях и семинарах.

Наиболее существенные теоретические и практические результаты научных исследований докладывались:

- на пленарном заседании Всесоюзной научно-технической конференции "Разработка и промышленное применение полупроводниковых преобразователей частоты в машиностроении", г.Уфа, 1977 /117, 22/;

- на Международной конференции "Автоматизация производства", г.Габрово, 1972 /134/;

- на Всесоюзной научно-технической конференции "Применение в технологических процессах машиностроительного производства полупроводниковых -преобразователей частоты", г.Уфа, 1975 /116, 185, 186, 85/;

- на Всесоюзной научно-технической конференции "Современные задачи преобразовательной техники", г.Киев, 1975 /118, Г93/;

- на 7-й Всесоюзной конференции "Применение токов высокой частоты в электротермии", г.Ленинград /89, 90, 93/;

- на 8-й Всесоюзной конференции по применению токов высокой частоты в ж электротермии", г.Ленинград, 1976 /222/;

- на Всесоюзной научно-технической конференции "Тиристорные преобразователи для индукционного нагрева металлов", г.Уфа, 1973 /66/;

- на 2-й Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизация и пути развития судовых электроэнергетических установок^ г.Севастополь, 1976 /68/;

Основные положения диссертационной работы докладывались на научных семинарах головных предприятий по преобразовательной технике и кафедр ведущих вузов нашей страны и получили положительную оценку.

Разработанные автором способы и устройства широтного регулирования напряжения инверторов резонансного типа не ограничиваются рассмотренными в диссертационной работе примерами их использования.

Заслуживающими внимания по мнению автора является рассмотрение вопросов, связанных с применением широтного способа в сочетании со способом регулирования путем геометрического суммирования выходных напряжений в инверторах тока с целью придания жесткости их внешним характеристикам.

Это позволит избежать применения регулируемых дросселей, повысить к.п.д. и улучшить массо-габаритные показатели инверторов данного класса.

Перспективным может оказаться использование широтных способов в преобразователях, с промежуточным высокочастотным звеном, предназначенных для систем электроприводов, поскольку это даст возможность в ряде случаев отказаться от применения управляемых выпрямителей с целью регулирования напряжения при изменении выходной частоты.

Эти и аналогичные вопросы требуют глубоких исследований, которые автор предполагает провести в дальнейшем.

-349-ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При усовершенствовании способов, схем и устройств регулирования напряжения инверторов резонансного типа с целью улучшения их регулировочных свойств, энергетических характеристик и качественных показателей и теоретическом обобщении результатов их комплексного исследования получены следующие основные научные и практические результаты:

I. Разработан новый класс однофазных инверторов резонансного типа с широтным регулированием напряжения. Его основу составляют следующие схемы: параллельные и последовательно-параллельные инверторы тока без обратных диодов; последовательные, параллельные и последовательно-параллельные резонансные инверторы с обратными и без обратных диодов, с удвоением и без удвоения частоты, мостовые и полумостовые, симметричные и несимметричные, одноячей-ковые и многоячейковые.

Предложено данный класс инверторов классифицировать как "инверторы резонансного типа с прямой (одноступенчатой) коммутацией входным напряжением и широтным регулированием", поскольку коммутация тока вентилей в них осуществляется постоянным по знаку входным напряжением.

Используемые в них способы и устройства широтного регулирования напряжения, разработанные автором, просты и экономичны, поскольку:

- не требуют применения устройств вынужденной коммутации тиристоров. Это позволяет осуществлять широтное регулирование на повышенных частотах (1-10 кГц);

- регулирование мощности в широких пределах с их помощью не вызывает появления циркуляционных токов, снижающих КПД инверторов;

-350- они позволяют в большинстве случаев производить широтное регулирование без применения дополнительных силовых вентилей в схемах, осуществлять глубокое регулирование при одновременном сложении мощностей нескольких инверторов на общей нагрузке при отсутствии выходных трансформаторов, стабилизировать выходные параметры при сбросах нагрузки без^Шименения дополнительных устройств компенсации реактивной энергии.

Все способы и устройства широтного регулирования напряжения выполнены на уровне изобретений и защищены 16 авторскими свидетельствами.

2. Разработаны основы теории широтного регулирования напряжения инверторов резонансного типа с прямой коммутацией входным напряжением. Её содержание составляют:

- методика аналитического исследования инверторов резонансного типа без обратных диодов, основанная на методах припасо-вывания и основной гармоники тока. Её использование позволило впервые показать допустимость и определить границы применения метода основной гармоники тока при широтном регулировании в инверторах с двумя и одним источниками питания;

- метод расчета установившихся режимов работы последовательных инверторов без обратных диодов в режиме прерывистого входного тока. При его использовании, благодаря замене прерывистого режима непрерывным и представлению расчетной схемы в виде разомкнутой импульсной системы, были получены на основе дискретного преобразования Лапласа в замкнутом виде аналитические выражения, позволяющие рассчитать характеристики последовательных инверторов;

- методика расчета инверторов с обратными диодами с двумя источниками питания, основанная на представлении расчетной схемы в виде разомкнутой импульсной системы, состоящей из двух импульсных систем первого рода, импульсные элементы которых работают синхронно, но несинфазно. Её использование и применение дискретного преобразования Лапласа позволили получить аналитические выражения в замкнутом виде, необходимые для расчета характеристик инверторов в переходных и установившихся режимах;

- методика расчета инверторов с обратными диодами с одним источником питания, основанная на представлении прикладываемого к нагрузке напряжения в виде последовательности смещенных во времени скачков напряжения и определении реакции линейной непрерывной части на их воздействие, В результате получены аналитические выражения в замкнутом виде, позволяющие рассчитать основные схемы инверторов в переходных и установившихся режимах;

- методики приближенного расчета инверторов с обратными и без обратных диодов, основанные на применении метода первой гармоники тока и напряжения; с помощью разработанных методик получены простые аналитические выражения, позволяющие в наглядной форме рассмотреть влияние широтного регулирования на основные параметры инверторов и рассчитать их регулировочные характеристики с достаточной для инженерной практики точностью;

- анализ и обобщение результатов расчета и исследования характеристик инверторов резонансного типа с широтным регулиро-^ ванием напряжения аналитическими и численными методами, аналоговым и физическим моделированием.

3. Проведены анализ и теоретическое обобщение результатов комплексного исследования работы основных схем инверторов резонансного типа с прямой коммутацией входным напряжением и широтным регулированием. При этом выявлены следующие основные свойства их работы: а) В инверторах с обратными диодами: - при равных значениях времени восстановления тиристоров диапазон регулирования в последовательных и последовательно-параллельных инверторах при частотном способе выше и одинаков в параллельных, при этом во всех случаях при широтном способе значение коэффициента гармоник напряжения на нагрузке ниже по сравнению с данными, полученными при частотном способе регулирования напряжения;

- широтный способ мало эффективен для регулирования напряжения и мощности в широких пределах и может быть использован для стабилизации при их изменении в пределах 10-40^ относительно номинальных значений;

- широтный способ целесообразно использовать для улучшения Формы кривой выходного напряжения, поскольку при углах регулирования ~ 0,25-0,35 резко падает значение коэффициента гармоник при незначительном снижении напряжения на нагрузке; б) В инверторах без обратных диодов:

- в последовательно-параллельных инверторах с двумя источниками питания зависимость времени восстановления основных тиристоров от угла регулирования имеет

-образный вид, благодаря чему при нагрузке на параллельный колебательный контур с высоким значением коэффициента мощности использование широтного способа более эффективно по сравнению с частотным;

- показано, что при учете таких параметров как реактивная мощность конденсаторов, время восстановления и среднее значение тока тиристоров в последовательно-параллельных и параллельных инверторах при работе в прерывиствм режиме стабилизация напряжения частотным и широтным способами практически равноценна и более эффективна в параллельных инверторах в режиме непрерывного входного тока;

- особенностью работы параллельного инвертора в режиме непрерывного входного тока в отличие от прерывистого является повышение пульсаций напряжения на емкости конденсатора фильтра с увеличением угла регулирования;

- в параллельных и последовательно-параллельных инверторах диапазон регулирования напряжения с увеличением добротности повышается, что делает эффективным применение широтного регулирования при сбросах нагрузки;

- в последовательных инверторах продолжительность паузы тока при высоких значениях добротности ( 5) остается практически неизменной во всем диапазоне угла регулирования, благодаря чему при сбросах нагрузки стабилизацию и регулирование напряжения на элементах схемы можно производить при неизменных значениях времени восстановления тиристоров;

- при питании от сети переменного тока через неуправляемый выпрямитель с увеличением угла широтного регулирования происходит увеличение коэффициента мощности выпрямителя. в) В инверторах с обратными диодами и удвоением частоты:

- при работе в режиме прерывистого входного тока время восстановления тиристоров увеличивается с повышением значений угла регулирования. Данное свойство, а также возможность глубокого регулирования напряжения на нагрузке (1:10) без применения дополнительных силовых элементов в схеме относятся к числу достоинств широтного регулирования в инверторах данного типа. Особенно эффективно применение широтного способа по сравнению с частотным при низких значениях добротности нагрузки. г) В инверторах без обратных диодов с удвоением частоты напряжение на нагрузке во всем диапазоне изменения частоты практически остается неизменным. Это делает невозможным использование частотного способа для регулирования напряжения. Применение широтного регулирования позволяет изменять напряжение на нагрузке и элементах схемы в широких пределах (до 1:10). Показано, что стабилизация напряжения на нагрузке широтным способом при изменении добротности приводит одновременно к: стабилизации напряжения на тиристорах и коммутирующем конденсаторе.

4. Усовершенствованы схемы и проведено обобщение результатов комплексного исследования работы преобразователей с промежуточным звеном повышенной частоты, построенных на базе резонансных последовательных инверторов с широтным регулированием напряжения. При этом показано, что при нагрузке, представляющей собой емкость конденсатора фильтра, в режимах, близких к холостому ходу, происходит потеря коммутационной устойчивости. В инверторах с обратными диодами такое явление происходит вследствие снижения тока обратных диодов до нуля, в инверторах без обратных диодов - вследствие снижения напряжения на выходных зажимах инвертора до значений меньших напряжения источника питания. Для сохранения коммутационной устойчивости инверторов во .всех режимах, включая и режим холостого хода, автором предложено ввести дополнительный коммутирующий контур с волновым сопротивлением, на порядок превышающим волновое сопротивление силового контура. Показана эффективность такого усовершенствования с учетом широтного регулирования напряжения. Расчет и анализ регулировочных характеристик преобразователей с высокочастотным промежуточным звеном показали целесообразность применения в них широтного регулирования напряжения.

5. Показано, что широтное регулирование вносит в работу инверторов ряд особенностей, присущих всем видам схем независимо от класса инвертора:

- пульсации напряжения на емкости конденсатора фильтра уменьшаются с повышением значений угла регулирования;

- в установившихся режимах ввод регулирования приводит к значительному снижению паузы тока и времени восстановления тиристоров при низких значениях добротности;

-355- включение добавочных дросселей для ограничения скорости нарастания тока в цепи тиристоров приводит к увеличению значений фактического угла регулирования;

- в инверторах с нагрузкой на параллельный колебательный контур широтное регулирование способствует улучшению формы выходного напряжения и приближает её к синусоидальной, что дает основание для использования метода основной гармоники при расчете инверторов данного класса;

- в пусковых и переходных режимах на значение времени восстановления тиристоров.существенное влияние оказывает момент ввода регулирования: а) ввод регулирования в первом полупериоде во всех схемах, за исключением инверторов с обратными диодами и удвоением частоты, приводит к значительному снижению времени восстановления тиристоров; б) ввод регулирования в те полупериоды, когда время восстановления при отсутствии регулирования превышает установившиеся значения, как правило, не приводит к снижению схемного времени восстановления ниже установившихся значений, соответствующих заданному углу регулирования; в) увеличение угла регулирования по мере повышения номера полупериода, на котором вводится регулирование, не приводит к снижению времени восстановления в переходных режимах ниже уровня установившихся значений.

6. Результаты основных теоретических выводов и. расчетов с достаточной для практики точностью подтверждены данными экспериментальных исследований, проведенных на лабораторных, опытных и промышленных образцах преобразователей частоты различного назначения.

7. Результаты теоретических и экспериментальных исследований диссертационной работы, а также полученные' при этом рекомендации и выводы использовались при создании серийных и опытно-промышленных образцов установок с гиристорными преобразователями повышенной частоты. Стабилизация и регулирование напряжения по разработанным автором способам позволила избежать применения в них управляемых выпрямителей.

Основные теоретические положения диссертационной работы, изложенные в монографии и опубликованные в центральных отечественных журналах, используются в учебных курсах ряда ведущих, вузов нашей страны и за рубежом.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Кулик, Валентин Данилович, 1984 год

1. Толстов Ю.Г. Автономные инверторы. - В кн.: Преобразовательные устройства в электроэнергетике. - М.: Наука, 1964, с.3-38.

2. Лабунцов В.А., Ривкин Г.Н., Шевченко Г.И. Автономные тирис-торные инверторы. М.: Энергия, 1967.- 160 с.

3. Состояние и перспективы развития термической обработки при высокочастотном нагреве / Г.Ф.Головин. В кн.: Применение токов высокой частоты. - Л.: Машиностроение, 1968, с.ЮО-ПО.

4. Состояние и перспективы применения токов высокой частоты для нагрева металлов под пластическую деформацию / А.И.Шамов. -В кн.: Применение токов высокой частоты. Л.: Машиностроение, 1968, с.215-221.

5. Перспективы применения индукционного нагрева перед обработкой давлением /В.А.Бодажков. В кн.: Применение токов высокой частоты. - Л.: Машиностроение, 1968, с.134-214.

6. Васильев А.С. Статические преобразователи частоты для индукционного нагрева. М.: Энергия, 1974. - 177 с.

7. Донской А.В., Ивенский Г.В. Электротермические установки с ионными преобразователями повышенной частоты. Л.: Энергия, 1964. - 210 с.

8. Чванов В.А. Динамика автономных инверторов с прямой коммутацией. М.: Энергия, 1978. - 168 с.

9. Стабилизированные автономные инверторы с синусоидальным выходным напряжением /Ф.И.Ковалев, Г.П.Мосткова, В.А.Чванов, Л.И. Толкачев. М.: Энергия, 1972. - 152 с.

10. Gyngui L., Cibulko F. The high frequency base convertor a new approach to static high power conversion.- In: Gonf.Rec.Pap. IEEE/IAS Int.Semicond.Power concert.Gonf., Lake Buena Vistu,Fla, 1977, New York, 1977, p. 134-14-6.

11. Pasenberg S.A., and Devan S.B. An inverter cycloconverter system for variable frequency, variable voltage, ac power supplies. Canada, Toronto, Universiity, 1977, P«24 7-255.

12. Кощеев Л.Г., Третьяк Г.П. Использование тиристоров в преобразовательных установках с повышенной частотой инвертирования. В кн.: Применение токов высокой частоты в электротермии. - Л.: Машиностроение, 1973, с.231-237.

13. Кощеев Л.Г. Третьяк Г.П. Мощные автономные инверторы напряжения. Электричество, 1970, № 3, с.61-65.

14. Мирабишвилли П.Ф., Ярошенко Е.М. Нестационарные электромагнитные процессы в системах с вентилями. Кишинев: Штиинца, 1980.208 с.

15. Бальян Р.Х., Сивере М.А. Тиристорные генераторы и инверторы. -Л.: Энергия, 1982. 224 с.

16. Варколис И.П., Масюлис Р.Ф., Пакенок В.П. Обоснование и исследование схемы мощного инвертора для люминисцентного освещения. В кн.: Эффективность повышения частоты промышленного приие-нения тока. - Из-во Штиинца, Кишинев, 1975, с.193-203.

17. Масюлис Р.Ф. Анализ гармонического состава выходного напряжения инвертора. В кн.: Развитие технических наук в республике и использование их результатов (материалы конференции). -Каунас, КПИ, 1975, с.138-140.

18. Dewan S.B. , Huas J. A Solid State Supply for Induction Heating and Melting.- IEEE Transactions on Industry and General Applications, 1969, v. 5, N 5, p.686-692.

19. Фадеев Ю.И. Схема мостового резонансного инвертора с фазовым регулированием выходного напряжения. В сб.: Специальные вопросы электротермии. - Чебоксары, 1976, вып.6, С.75-78.

20. H.Conrad, W.Y/.Smorodinov, L.A.Kostina, I.Atanasov. Berech-nungsmethode fur Wechselricliter zur Speisung von electrotech-nologischen Anlage.- Electrie, 1977, H.10.

21. A.c. 340038 (СССР). Автономный инвертор /А.В.Донской, В.Д. Кулик. Опубл. в Б.И., 1972, № 17.

22. A.c. 613463 (СССР). Последовательный автономный инвертор /И.Л.Аитов. Опубл. в Б.И., 1978, №8 .

23. Раскин Л.Я., Мариничев Л.А., Юрусов А.В. Исследование мощного стабилизированного инвертора в установившихся режимах.-В кн.: Машинновентильные системы и вентильный электропривод /Труды ВНИИЭлектромеханики, том 41/. М.; 1974, с.107-119.

24. Патент 199405 (ГДР). Stromumrichter zur Erzeugung einer Wech-selspannung, inbesondere fur hobe electrische Leistungen/ Simon Dveter, 1977*

25. A.c.514406 (СССР). Автономный инвертор /Ю.М.Зимин и др. Опу.бл. в Б.И., 1976, № Ь .

26. Толстов Ю.Г. Автономные инверторы тока. М.: Энергия, 1978.209 с.

27. Поссе А.В. Схемы и режимы электропередач постоянного тока. Л.: Энергия, 1973. - 303 с.

28. Полупроводниковые преобразователи электрической энергии /А.Рут-манис и др. Под общей редакцией А.Крогериса. Рига: Знание, 1969.

29. Бедфорд Б., Хофт Р. Теория автономных инверторов /Пер.с англ.-М.: Энергия, 1969. 280 с.

30. Беззниеке Л.В. Импульсные преобразователи постоянного тока. -М.: Энергия. 256 с.

31. Шукалов В.Ф., Куличенков В.П. Результаты исследования однофазного параллельного инвертора с обратным выпрямителем и синусоидальным выходным напряжением. Известия высших учебных заведений. Электромеханика, 1977, № 4, с.395-400.

32. Абдулаев А.А., Бирюков Б.И. Анализ работы автономного инвертора с дополнительным мостом. Известия высших учебных заведений. Электромеханика, 1977, № 4, с.388-394.

33. Кацнельсон С.М. Стабилизация напряжения и эффективность использования тиристоров в умножителях частоты. Уфа, 1979.114 с.

34. Горбачев Г.И., Фадеев Ю.И. Широтно-импульсное регулирование высокочастотных инверторов. Тр.Моск.энерг.ин-та, 1977, вып.329, с.49-53.

35. Пат.19Шб (ГДР). Способ регулирования мощности, подаваемой в колебательный контур.'

36. А.с. 542325 (СССР). Способ управления однофазным инвертором тока на тиристорах /Ю.В.Никитенко, А.Г.Придатков, Ю.Г.Толс-тов. Опубл. в Б.И., 1977.

37. А.с. 239416 (СССР). Мостовой автономный инвертор /В.Я.Бух-штабер и др. Опубл. в Б.И., 1969.

38. Дмитриков В.Ф. Анализ процессов принудительной коммутациив резонансном инверторе с обратными диодами. Электротехническая промышленность. Преобразовательная техника, 1971, вып.20, с.25-28.

39. А.с. 336752 (СССР). Способ регулирования мощности вентильных мостовых инверторов /А.В.Донской, В.Д.Кулик. Опубл. в Б.И., 1972, № 14.

40. А.с. 390640 (СССР). Способ регулирования выходного напряжения автономного инвертора /В.Д.Кулик. Опубл.в Б.И., 1973,30.

41. Сабанеева Г.А. Методы расчета переходных и установившихся режимов в тиристорных преобразователях частоты. Уфа, 1979.104 с.

42. А.с. 329638 (СССР). Автономный мостовой инвертор на тиристорах /А.В.Донской, В.Д.Кулик. Опубл. в Б.И., 1972, № 7.

43. Донской А.В., Кулик В.Д. Теория и схемы тиристорных инверторов повышенной частоты с широтным регулированием напряжения.-Л.: Энергия, 1980. 160 с.

44. А.с. 476647 (СССР). Последовательный инвертор /В.Д.Кулик. -Опубл. в Б.И., 1975, № 25.

45. А.с. 330515 (СССР). Способ управления последовательным инвертором /А.В.Донской, В.Д.Кулик. Опубл. в Б.И., 1972, № 8.

46. А.с. 543II0 (СССР). Автономный инвертор /А'.П.Веселовский, В.Д.Кулик, А.В.Донской. Опубл. в Б.И., 1977, № 2.

47. А.с. 502464 (СССР). Регулируемый инвертор /А.П.Веселовский, А.В.Донской, В.Д.Кулик. Опубл. в Б.И., 1976, № 5.

48. Цыпкин Я.З. Теория импульсных систем. М.: Физматгиз, 1958, - 724 с.

49. Джури Э. Импульсные системы автоматического регулирования /Пер, с англ. М.: Физматгиз, 1963. - 456 с.5$. Гарднер М.Ф., Берме Д.Л. Переходные процессы в линейных системах /Пер. с англ. М.: Физматгиз, 1961. - 552 с.

50. Шипилло В.П. Исследование процессов в замкнутых вентильных схемах методом^преобразования. Электричество, 1969, № II, с.63-67.

51. Васильев А.С., Слухоцкий А.Е. Ионные и электронные инверторы высокой частоты. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1961. - 180 с.

52. Поссе А.В. Применение метода разносных уравнений для расчета переходных процессов в преобразователях. В кн.: Передача энергии постоянным и переменным током. Труды НИИПТ, вып.18.-Л.: Энергия, 1972, с.3-8.

53. Воротынцев Б.М., Семейкин В.Д. Исследование пуска последовательного резонансного инвертора в режиме прерывистого тока.-Изв. ВУЗов. Энергетика, 1976, № 4, с.137-140.

54. Слухоцкий А.Е., Царевский В.В. Автономный инвертор напряжения с коммутирующим контуром. Электротехника, 1971, № II, с.7-10.

55. Слухоцкий А.Е., Царевский В.В. Анализ характеристик инвертора с встречно-параллельными вентилями и параллельной компенсацией реактивной мощности нагрузки. Электричество, 1970, № 12,с.23-26.

56. Донской А.В., Смородинов В.В., Кулик В.Д. Переходные и установившиеся процессы в преобразователе. Электротехника, 1967, № 3, с.3-4.

57. Кулик В.Д. Методика расчета двухмостовых инверторов с широтным регулированием напряжения. Электричество, 1974, № 3, с.56-60.

58. Кулик В.Д. Новыйо способ регулирования мощности многомостовых инверторов. В кн.: Тиристорные преобразователи частоты для индукционного нагрева металла. - Уфа, Труды УАИ, вып.48, сб.З, 1973, с.143-152.

59. Дмитриков В.Ф., Кулик В.Д. Методика исследования переходных процессов в одномостовых инверторах с обратными диодами при широтном регулировании напряжения. Электричество, 1979, № 2, с.61-64.

60. Быстродействующие широтно-импульсные тиристорные регуляторы напряжения инверторно-выпрямительного типа /Е.Н.Архангельский,

61. В.Д.Кулик, Д.В.Вилесов, В.§.Дмитриков. В кн.: Автоматизация технических средств морских судов. - Л.: Судостроение, 1977, с.109-118.

62. Глазенко Г.А. Полупроводниковые преобразователи в электроприводах постоянного тока. Л.: Энергия, 1973. - 304 с.

63. Дмитриков Д.Ф., Кулик В.Д. Переходные процессы в резонансном параллельном инверторе с обратными диодами. Электротехника, 1977, № 3, с.11-13.

64. Кулик В.Д. Высокочастотные тиристорные инверторы с широтным регулированием напряжения. Электротехника, № 6, с.36-40.1975.

65. Конев Ф.Б. Моделирование вентильных преобразователей на вы, числительных машинах. Итоги науки и техники. Сер.Силоваяпреобразовательная техника. T.I. М., ВИНИТИ, 1976, 84 с.

66. Кобзев А.В. Возможности методов коммутационных и разрывных функций при исследовании процессов преобразования в цепях с ключевыми элементами. В кн.: Магнитно-вентильные преобразователи напряжения и тока. Изд-во Томского ин-та, Томск, 1977,с.93-103.

67. Дижур Д.П. Метод моделирования на ЦВМ вентильных преобразовательных схем. В кн.: Изв.НИИПТ. - Л.: Энергия, 1970, № 16, с.46-53.вентильных

68. Васильев А.С. Методы анализа статических преобразователей частоты для электротермии. Электричество, 1974, № 4,с.61-64.

69. Кулик В.Д. Двухмостовой последовательно-параллельный инвертор с обратными диодами при широтном регулировании напряжения. Электротехника, 1974, № I, с.7-8.

70. Кулик В.Д., Веселовский А.П. Расчет двухмостового последовательного инвертора с обратными диодами при широтно-импульс-ном регулировании напряжения. Электротехническая промышленность. Преобразовательная техника, 1975, вып.6(65), с.11-13.

71. Веселовский А.П., Донской А.В., Кулик В.Д. Тиристорные преобразователи частоты для индукционного нагрева. Л.: ЛДНТП, 1973, - 32 с.

72. Веселовский А.П., Донской А.В., Кулик В.Д., Черных Ю.К. Анализ работы схемы двухмостового резонансного инвертора с обратными диодами при фазоимпульсном способе регулирования напряжения. -Изв.ВУЗов. Энергетика, 1977, № 4, с.44-48.

73. Кулик В.Д. Исследование тиристорныК инверторов с обратными диодами в установках для индукционного нагрева. Дис. . канд. техн.наук. - Ленинград, 1968. - 198 с.

74. А.с. № 330515 (СССР). Способ управления последовательным инвертором /А.В.Донской, В.Д.Кулик. Опубл. в Б.И., 1972, № 8.

75. Кулик В.Д., Моргун В.В. Исследование работы тиристорных инверторов с обратными диодами в установках для индукционного нагрева. -В кн.: Применение токов высокой частоты в электротермии. Л.: Машиностроение, 1971, с.252-258.

76. Донской А.В., Кулик В.Д. Влияние переходных процессов в последовательном инверторе с обратными диодами на коэффициент использования тиристоров по напряжению. В кн.: Применение токов высокой частоты в электротермии. - Л.: Машиностроение, 1973,с.267-272.

77. Кулик В.Д. Анализ влияния параметров нагрузки инверторов с обратными диодами на выбор емкости фильтра источника питания. -В кн.: Труды ЛПИ, 1972, № 326, с.12-18.

78. Донской А.В., Кулик В.Д. Анализ работы инвертора с обратными управляемыми вентилями. Электротехника, 1969, № 12, с.23-26.

79. Донской А.В., Кулик В.Д'. Тиристорный инвертор повышенной частоты и мощности. ЭП, 1967, вып.278, с.3-4.

80. Донской А.В., Смородинов В.В., Кулик В.Д. Пути развития тиристорных преобразователей частоты для установок индукционного нагрева. В кн.: Применение токов высокой частоты. -Л.: Машиностроение, 1968, с.60-74.

81. Кулик В.Д. Анализ тиристорного инвертора повышенной частоты и мощности. Труды ЛПИ, № 303, 1969, с.188-192.

82. Кулик В.Д. Составной инвертор с естественно-вынужденной коммутацией тиристоров. ЭП, 1967, вып.285, с.7-9.

83. Кулик В.Д. Преобразователь частоты с обратными управляемыми вентилями. ЭП, 1968, вып.301, с.12-14.

84. Донской А.В., Кулик В.Д. Анализ работы самовозбуждающегося инвертора на тиристорах. Электричество, 1968, № 10, с. 69-71.

85. Исследование путей повышения частоты и мощности тиристорных инверторов с обратными диодами в установках для индукционного нагрева. Отчет о НИР, per.№ Б088836, тема № 6163, 1970, 94 е., ЛПИ.

86. Разработка методов инженерного проектирования электротермических установок со статическими преобразователями частоты. Отчет о НИР, 1974, рег.№ Б50Ю49, 108 с. , ЛПИ.

87. А.с.399984 (СССР). Двухячейковый инвертор /В.Д.Кулик. -Опубл. в Б.И., 1974, № 39.

88. А.с.22673 (НРБ). Автономный мостовой инвертор /Т.С.Тодоров, Ц.Т.Цанев, 1978.

89. А.с.26970 (НРБ). Автономный мостовой инвертор с импульсно-фазовым регулированием /Ц.Т.Цанев, 1978.

90. А.с.454652 (СССР). Последовательный однофазный мостовой инвертор /В.Д.Кулик. Опубл. в Б.И., 1974, № 47.

91. А.с.687548 (СССР). Инвертор /В.Д.Вилесов, В.Д.Кулик, Е.М. Архангельский и др. Опубл. в Б.И., 1979, № 35.

92. А.с.424284 (СССР). Последовательный инвертор /В.Д.Кулик. -Опубл. в Б.И., 1974, № 14.

93. Папалекси И.Д. О процессах в цепи переменного тока, содержащей электрический вентиль. В кн.: Собрание трудов /Под. ред. проф. С.М.Рытова, 1948, с.52-68.

94. Лабунцов В.А., Анализ и синтез тиристорных автономных инверторов напряжения. Автреф.дис.докт.техн.наук. М.: Изд. МЭИ, 1973, 65 с.

95. ИЗ. Кулик В.Д., Тодоров Т.С., Мозговой П.М. Двухмостовой последовательно-параллельный инвертор тока с широтным регулированием напряжения. В кн.: Труды ВНИИТВЧ. Промышленное применение токов высокой частоты. Л.Машиностроение, 1974, вып. 14, с.38-46.

96. П4.Смородинов В.В., Тодоров Т.С. Точный и приближенный расчет основных схем инверторов тока как источников питания электротермических установок. В кн.: Применение токов высокой частоты. Л.: Машиностроение, 1973, с.237-247.

97. Тодоров Т.С. Анализ основных схем инверторов в режиме прерывистого тока. Электричество, 1973, № 4, с.30-35.

98. Кулик В.Д., Симонов Н.К. Мощности при широтно-импульсном регулировании последовательно-параллельного инвертора. В кн.: Разработка и промышленное применение полупроводниковых преобразователей частоты в машиностроении. - Уфа, 1977, с.42-44.

99. Способы и устройства широтно-импульсного регулирования напряжения автономных инверторов высокой частоты /А.В.Донской,

100. В.Д.Кулик, А.А.Закалата. В кн.: Современные задачи преобразовательной техники. Ч.З. - Киев: Изд-во АН УССР, 1975, с.212--219.

101. Разработка и исследование способов и устройств широтно-импульсного регулирования напряжения в инверторах для индукционного нагрева. Отчет о НИР, тема № 1390, 1977, рег.№ Б673808.-245 с.

102. Кулик В.Д., Закалата А.А., Симонов Н.К. Влияние параметров фильтра на работу судовых автономных инверторов с широтно- импульсным регулированием напряжения. В кн.: Труды Ленинградского кораблестроительного института, 1976, вып.III, с.61-64.

103. Левин В.Н., Покидов А.П., Широков В.Л. Режимы прерывистого и прерывисто-непрерывного входного тока параллельного инвертора. Преобразовательная техника, 1978, вып.7С102), с.9-12.

104. Завьялов В,И. Условия существования стационарных процессов в автономных инверторах, Электричество, 1981, № 7, с.56-59.

105. Дмитриков В.Ф., Муравьев Е.И., Островский М.Я. Метод расчета параллельного инвертора с конечной индуктивностью в цепи питания. Техническая электродинамика, 1981, № 2, с.51-56.

106. Тиристорные преобразователи высокой частоты /Е.И.Беркович, Г.В.Ивенский, Ю.С.Иоффе, А.Т.Матчак, В.В.Моргун. Л.: Энергия, 1973. - 200 с.

107. Кулик В.Д., Грудкин Г.Н. Несимметричный последовательный инвертор с широтным регулированием напряжения. Электротехника, 1983, № 3, с.48-51.

108. Альбертинский А.Б., Коротков Б.А., Попков Е.Н. Применение структурных ориентировочных чисел для анализа С-цепей со взаимной индукцией. ЛПИ, 1980, Информэлектро. 18.08.81,39Д/1-26, 17 с.

109. Коротков Б.А., Попков Е.Н. Применение структурных ориентировочных чисел для расчета электрических цепей без особенностей. -Л.: Ленинградский политехнический институт, 1980, Информэлектро, 10.01.80, № Д/68.2, 12 с.

110. Кулик В.Д., Симонов И.К. Электромагнитные процессы в резонансных р параллельных инверторах при широтно-импульсном регулировании напряжения. Электротехника, 1977, № I, с.42-44.

111. Кулик В.Д., Тодоров С.Т. Фазо-импульсное регулирование двух совместно-работающих тиристорных инверторов. В кн.: Труды международной конференции "Автоматизация производства". -Болгария, 1972, с.36-37.

112. Кулик В.Д. Способы и устройства широтного регулирования напряжения резонансных тиристоррых инверторов. Электричество, 1975, № 9, с.57-60.

113. Автономный тиристорный инвертор с нагрузкой П-образного типа с широтным регулированием напряжения /Д.В.Вилесов, В.Д.Кулик, А.А.Закалата, Н.К.Симонов. Труды ЛКИ, 1977, с.66-69.

114. Demontvignier М. Meth.od.es generales de calcul des onduleurs autonomes.- Revue generale de l'Electricite, 1952, t.61, N 6, p.271-287.

115. Способ управления стабилизированными источниками при работе в режиме прерывистых токов /Ф.И.Ковалев, Г.М.Мустафа, В.И. Завьялов, И.М.Шаранов. Электричество, 1975, 10, с.75-76.

116. Дмитриков В.Ф., Муравьев Е.И., Островский М.Я. Метод расчета параллельного инвертора с конечной индуктивностью в цепи питания. Техническая электродинамика, 1982, № 5, с.27-33.

117. Дмитриков В.Ф., Островский М.Я. Погрешность приближенного метода анализа параллельного инвертора. Техническая электродинамика, 1983, № II, с.35-42.

118. Дмитриков В.Ф., Остройский М.Я. Аналитические методы исследования автономных инверторов по структурным схемам с испольт тзованием коммутационных функций. Киев: ИЭАНУССР, 1982, -Препринт - 286, 63 с.

119. Дмитриков В.Ф., Островский М.Я. Аналитические методы исследования автономных инверторов по структурным схемам с испольгзованием коммутационных функций. Киев: ИЭ АНУССР, 1982. •i»1. Препринт 287, 53 с.

120. Розенвассер Е.И. Колебания нелинейных систем. М.: Наука, 1969. 576 с.

121. Дмитриков В.Ф., Кулик В.Д., Островский М.Я. Стационарные режимы в инверторах резонансного типа с широтным регулированием напряжения. Преобразовательная техника, 1984, № 1(159),с.1-3.

122. Ивенский Г,В. Вентильные преобразователи повышенной частоты для электрических установок. Автореф.дис.докт.техн.наук. Л.: Изд.ЛПИ, 1975, 45 с.

123. Лабунцов В.А., Табаков С.Е. Двухячейковый тиристорный высокочастотный инвертор. В кн.: Вентильные преобразователи, Свердловск, 1969, с.19-21.

124. Лабунцов В.А., Табаков С.Е. Способы повышения мощности высокочастотных тиристорных преобразователей. Электротехническая промышленность. Преобразовательная техника, вып.7, Ин-формэлектро, 1970, с.15-17.

125. А.С.235Г77 (СССР) Независимый инвертор /С.М.Кацнельсон, В.С Ухов. Опубл. в Б.И., 1969, № 5.

126. Кацнельсон С.М. Анализ электромагнитных процессов в мостовом тиристорном инверторе со встречно-параллельными диодами и удвоениеи частоты. В кн.: Тиристорные преобразователи частоты для индукционного нагрева металов. - Уфа, 1971, сб.1, с.6-38.

127. Кацнельсон С.М., Гутин Л.И. Исследование коммутационных перенапряжений в автономных тиристорных инверторах со встречно-параллельными диодами. В кн.: Тиристорные преобразователи частоты для индукционного нагрева металлов. - Уфа, 1971, сб.1, с.38-51.

128. Кацнельсон С.М. Тиристорный инвертор с встречио-параллельны-ми диодами с удвоением частоты. Электричество, 1971, № I, с.60-62.

129. Шапиро С.В., Сабанеева Г.И., Киселева Л.Н. Новый метод определения передаточных функций кусочно-линейных объектов. В кн.: Тиристорные преобразователи частоты для индукционного нагрева металлов. - Уфа, 1977, сб.№ 7, с.77-82.

130. Шапиро С.В., Лобанов Ю.В. Применение К-графов при: моделировании автономных инверторов. В кн.: Тиристорные преобразователи частоты для индукционного нагрева металлов. - Уфа, 1977, сб.№ 7, с.53-57.

131. Слухоцкий А.С., Васильев А.С., Гуревич С.Г. Новые схемы однофазных инверторов большой мощности для электротермии. Электричество, 1971, № I, с.56-59.

132. Васильев А.С., Дзлиев С.В., Каргальцев A.M. Оптимизация параметров схемы инвертора с удвоением частоты и обратными диодами по энергетическому критерию. В кн.: Известия ЛЭТИ, вып. 285, 1979, с.73-76.

133. Гуревич С.Г. Исследование схем статических преобразователейс умножением выходной частоты для питания электротермических1. P7.Vустановок. Автореф. дис. канд.техн.наук. -Л.: ЛЭТИ.

134. Каргальцев A.M., Шагин А.Н. Моделирование схем статических преобразователей частоты для электротермии на АВМ. В кн.: Разработка и промышленное применение полупроводниковых преобразователей для индукционного нагрева металлов. - Уфа, 1974, с.103-105.

135. Годин В.Ф. Исследование и разработка промышленных установок для индукционного нагрева металлов при частотном и широтно-импульсном способах регулирования напряжения. Дис.канд. техн.наук. - Л., 1975, 220 с.

136. А.с. III773 (СССР). Преобразователь постоянного тока в переменный /А.В.Донской, А.М.Борок, Г.В.Ивенский. Опубл. в Б.И. 1958, № 3.

137. Пивняк Г.Г. Разработка и исследование тиристорных преобразователей в комплексе электрооборудования для бесконтактного электрического транспорта угольных шахт. Автореф. дис.докт. техн.наук. Киев: ИЭД АН УССР, 1981, 47 с.

138. Пивняк Г.Г. Метод анализа и расчета тиристорных инверторовс удвоением частоты. В кн.: Современные задачи преобразовательной техники, вып.5. Киев: Наукова думка, 1975, с.119.

139. Пивняк Г.Г. Выбор оптимальных параметров преобразователей с удвоением частоты. В кн.: Оптимизация преобразователей электромагнитной энергии. Киев: Наукова думка, 1976, с.158-164.

140. Пивняк Г.Г., Худолеев Г.В. Исследование установившихся и переходных процессов в автономных инверторах с удвоением частоты. В кн.: Оптимизация полупроводниковых преобразовательных устройств. Киев: Наукова думка, 1979, с.63-69.

141. Пивняк Г.Г., Пресманн И.И. Расчет инвертора с удвоением частоты без обратных диодов. Электротехника, 1976, № 8, с.14-17.

142. Особенности работы тиристоров в однофазных инверторах с удвоением частоты /Г.Г.Пресманн и др. ЭП. Преобразовательная техника, 1973, № 3, с.35-37.

143. Тиристорный преобразователь для электровоза /Г.Г.Пивняк и др. Электричество, № 10, 1978, с.59-63.

144. Снятков Е.И. Разработка и исследование тиристорных исполнительных элементов систем управления режимами работы вакуумных индукционных печей. Автореф. дис.канд.техн.наук. -Уфа, 1981, 22 с.

145. А.с.439887 (СССР). Двухмостовой последовательный инвертор /В.Д.Кулик. Опубл. в Б.И., 1974, № 30.

146. А.с.474096 (СССР). Устройство для управления вентильным преобразователем с удвоением частоты /В.Д.Кулик, В.Ф.Годин, О.В. Миняев и др. Опубл. в Б.И., 1975, № 22.

147. А.С.530405 (СССР). Автономный инвертор /В.Д.Кулик, АоП.Мотыль, И.И.Пресманн и Е.И.Беркович. Опубл. в Б.И^, 1976, № 36.

148. А.с.311350 (СССР). Автономный инвертор /А.В.Донской, В.Д.Кулик и В.МДолмовой. Опубл. в Б.И., 1971, № 24.

149. Кулик В.Д., Веселовский А.П. Двухмостовой регулируемый преобразователь с удвоением частоты для Индукционного: нагрева.

150. В кн.: Краткие тезисы докладов к Всесоюзному научно-техническому совещанию по электротермии.- Л.: Изд-во ЛПИ, 1973, с.103-106.

151. Кулик В.Д., Веселовский А.П. Анализ работы тиристорного инвертора с удвоением частоты при широтном регулировании напряжения. В кн.: Тиристорные преобразователи частоты для индукционного нагрева металлов. - Уфа, 1976, сб.5, с.140-149.

152. Кулик В.Д., Веселовский А.П., Годин В.Ф. Анализ работы резонансного инвертора с обратными диодами и удвоением частоты при широтном регулировании напряжения. Известия ВУЗов. Энергетика, 1978, № 4, с.36-40.

153. Кулик В.Д., Годин В.Ф. Широтно-импульсный способ регулирования напряжения в автономных инверторах с обратными диодами. Электротермия, 1974, вып.П(147), с. 35-37.

154. Кулик В.Д. Упрощенная методика расчета инверторов с удвоением частоты. Преобразовательная техника, 1974 , вып. 7(143), с.3-5.

155. Богрый B.C., Русских А.А. Математическое моделирование тиристорных преобразователей. М.: Энергия, 1972, 184 с.

156. Руденко B.C., Сенько В.И., Чиженко И.М. Основы преобразовательной техники. М.: Высшая школа, 1980, 418 с.

157. Разработка и исследование системы глубокого регулирования мощности тиристорного преобразователя частоты с обратными диодами мощностью 120-160 кВт, 2500/1000 Гц. Отчет о НИР, 1972, 101 с. Тема 7496.

158. Кулик В.Д., Симонов И.К. Переходные и установившиеся процессы в тиристорном инверторе без обратных диодов с удвоением частоты. В кн.: Современные задачи преобразовательной техники. - Киев,-1975, ч.5, с.226-234.

159. Мс.Murrey William. The thyristor electronic transformer. A power converter using a high-frequency link.- IEEETrans.Ind•and

160. Gen.Appl. , 1971, v.7. N 4-, p.4-51-4-57

161. Fitz P.J., The Development of"High Frequency Thyristors. The Marconi Review. Volume XXXIX, N 205, 1976, p.175-188.

162. Полупроводниковые преобразователи модуляционного типа с промежуточным звеном повышенной частоты /В.Е.Тонкаль, Л.П.Мель-ничук, А.В.Новосельцев, Ю.И.Дыхненко. Киев: Наукова думка, 1981. - 252 с.

163. Тонкал-ь В.Е. Синтез автономных инверторов модуляционного типа.-Киев: Наукова думка, 1979. 207 с.

164. Тиристорные преобразователи частоты в электроприводе /А.Я. Бернштейн, Ю.М.Гусяцкий, А.В.Кудрявцев, Р.С.Сарбатов. Под. ред. Р.С.Сарбатова. М.: Энергия, 1980. - 328 с.

165. Джюджи Л., Мелли Б. Силовые полупроводниковые преобразова/-тели /Пер.с англ. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 400 с.

166. Левин В.М. Диаграммы силового вентильного трансформаторапостоянного тока касшдного типа. В кн.: Тр. ЛИАП, Л.: 1966, вып.47, с.11-19.

167. Климов В.И., Левин В.М., Рябуха В.И. и др. Свойства и характеристики статических преобразователей постоянного напряжения. Известия АН СССР. Энергетика и транспорт, 1971, № 5, с.96-103.

168. Левин В.М., Кононов В.П., Рябуха В.И. Инженерный расчет параметров и характеристик вентильного трансформатора постоянного тока каскадного типа. В кн.: Электромагнитные процессы в приводах с частотным управлением. - Л.: Наука, 1972,с. 35-40.'

169. А.с.561264 (СССР). Преобразователь постоянного напряжения в постоянное /Л.Г.Кощеев. Опубл. в Б.И., 1975, № 22.

170. А.с.561264 (СССР). Преобразователь постоянного тока в постоянный /Л.Г.Кощеев, Т.П.Третьяк. Опубл. в Б.И., 1977, № 21.

171. Булатов О.Г., Царенков А.И. Тиристорно-конденсаторные преобразователи. М.:Энергоиздат, 1982. - 217 с.

172. Булатов О.Г., Царенко А.И. Электромагнитные процессы в последовательном инверторе при работе на выпрямитель. В кн.: Применение полупроводниковых приборов в преобразовательной технике. - Чебоксары: 1976, с.3-10.

173. Булатов О.Г., Царенко А.И. Преобразователь постоянного напряжения на базе последовательного инвертора. В кн.: Регуляторы и стабилизаторы тока. - Киев: Наукова думка, 1977, с.121-128.

174. Булатов О.Г., Царенко А.И. Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения в постоянное на базе последовательного инвертора. В кн.: Повышение эффективности устройств преобразовательной техники. - Чебоксары: 1976, с.31-38.

175. Белов Г.А. Анализ преобразователя постоянного напряжения с тиристорным резонансным инвертором. В кн.: Применение полупроводниковых приборов в преобразовательной технике. - Чебоксары, 1976, вып.1, с.11-22.

176. Иванов А.,М. Экспериментальное исследование преобразователя постоянного напряжения с тиристорным резонансным инвертором и обратным выпрямителем. В кн.: Применение полупроводниковых приборов в преобразовательной технике. - Чебоксары, 1980, с.П-14.

177. Белов Г.А. Анализ преобразователя постоянного напряжения с последовательным резонансным инвертором. Электричество, 1979, № I, с.39-45.

178. А.с.547941 (СССР). Преобразователь постоянного напряжения /Г.А.Белов. Опубл. в Б.И., 1977, № 7.

179. Ильин В.Ф. Исследование тиристорных преобразователей постоянного напряжения для вторичных источников питания с высокочастотным преобразованием параметров электроэнергии. Автореф. дис.канд.техн.наук. - Л.: Изд.ЛИТМО, 1983, 19 с.

180. А.с.892615 (СССР). Преобразователь постоянного напряжения в постоянное /В.Ф.Ильин, В.И.Костылев, Ю.П.Кудряшов. Опубл. в Б.И., 1981, № 47.

181. Ильин В.Ф. К расчету элементов преобразователя напряжения с тиристорным резонансным инвертором. В кн.: Применение полупроводниковых приборов в преобразовательной технике. - Чебоксары, 1976, вып.1, с.31-38.

182. Ильин В.Ф., Кудряшов Ю.П. Экспериментальное исследование преобразователя постоянного напряжения с тиристорным резонансным инвертором. В кн.: Применение полупроводниковых приборов в преобразовательной технике. - Чебоксары, 1976, вып.1, с.22-30.

183. А.с.864565 (СССР). Устройство для управления мощным тиристор-ным ключом /В.Ф.Ильин, А.С.Васильев и В.И.Костылев. Опубл. в ОИП ОТЗ, 1981, № 34.

184. Богомолов С.В., Галанов В.И., . Кулик В.Д. и др. Преобразователь постоянного тока. Заявка № 3507408/07, от 01.II.82.

185. Кулик В.Д. Сравнительный анализ схем резонансных инверторов с широтно-импульсным регулированием напряжения. В кн.: Тиристорные преобразователи частоты для индукционного нагрева металлов /Труды УАИ, $ 8/. - Уфа, 1978, с.107-109.

186. Донской А.В., Кулик В.Д. Новые способы регулирования напряжения в инверторах для индукционного нагрева. В кн.: Тезисы докладов 8-й Всесоюзной конференции по применению токов высокой частоты в электротермии. - Л.; 1975, с.П-12.

187. Разработка и исследование систем глубокого регулирования мощности тиристорного преобразователя частоты с обратными диодами мощностью 120-160 кВт, 2500/Е000 Гц. Отчет о НИР, рег.№Б228242, научн.руководитель В.Д.Кулик, ЛПИ, 1973.- 101 с.

188. Разработка высокочастотных установок и устройств и элементов их автоматизации. Разработка методов инженерного проектирования электротермических установок со статическими преобразователями частоты. Отчет о НИР, рег.№ Б385797, ЛПИ, 1974.-27 с.